LOW←TECH MAGAZINE Polski

Pozostawianie niektórych świateł włączonych – przedefiniowanie bezpieczeństwa energetycznego

Sun, 09 Dec 2018 00:00:00 +0000

Utrzymanie stałego dostępu do czegoś, co kiedyś się skończy, jest niemożliwe. Zdjęcie: [Camilla MP](https://www.flickr.com/photos/dieknochenblume/8454004839/in/photolist-nJrNa3-z9St6d-vicpX8-bjNYMa-CNWajb-PKUbFu-8TqWZX-qzaoch-r3Gb3J-28jYUV3-p3gMD1-snwVj-2chyArN-4ehCVH-cWuLz-dT3Z78-pnFKK9-5qGDSP-hxU2d7-24uoKVs-f7CoCe-93ZqZQ-jPMVaK-T4yoN-4HiX59-97Kq68-23hFdSw-jE59uD-9aFpr7-68DbEo-NvymKZ-335BtT-8RtT65-a6Jut4-nt2zNy-qrkSGP-HPM9ee-bcdyA2-5Fy731-FGSpvq-eqKSpH-8jGFmq-qcFSw4-6USSog-dJEYby-jk3JQ2-7BMzWV-jetX2F-hLnHJy-5SHzAW).

(Przyp. tłum: Tytuł artykułu odnosi się do angielskiego powiedzenia „keeping the lights on”, czyli „pozostawianie świateł włączonych”. Powiedzenie to odnosi się do minimalnych wymaganych zasobów [prądu, funduszy, itp.], używając światła jako czegoś koniecznego do funkcjonowania. Na przykład, gdy jakaś firma może pozostawić światła włączone, oznacza to że jej przychód pozwala jedynie pokryć koszty operacji, przynosząc zerowe zyski.)

Gdy społeczeństwo staje się bardziej zależne od źródeł energii w codziennym funkcjonowaniu, staje się ono bardziej wrażliwe, gdy źródła te zostają odcięte. Ten oczywisty fakt jest ignorowany w obecnych strategiach uzyskania bezpieczeństwa energetycznego, przynosząc odwrotny efekt od zamierzonego.

Czym jest bezpieczeństwo energetyczne?

Co to oznacza, gdy społeczeństwo ma zapewnione „bezpieczeństwo energetyczne”? Pomimo, że istnieje ponad czterdzieści różnych definicji tego pojęcia, we wszystkich obecny jest fundamentalny zamysł, iż podaż energii powinna zawsze dorównywać jej popytowi. Sugeruje to, że podaż musi być ciągła – przerwy w dostawie nie powinny mieć miejsca. ¹ ² ³ ⁴ Na przykład, Międzynarodowa Agencja Energetyczna (MAE) definiuje bezpieczeństwo energetyczne jako „ciągły dostęp do źródeł energii w przystępnych cenach”, Departament Energii Stanów Zjednoczonych definiuje pojęcie jako „niskie ryzyko przerw w dostawie energii”, natomiast Unia Europejska definiuje je jako „stabilna i obfita dostawa energii”. ⁵ ⁶ ⁷

Historycznie, bezpieczeństwo energetyczne osiągano poprzez gwarantowany dostęp do lasów i torfowisk w celu wytwarzania ciepła, oraz do ludzi, zwierząt, wiatru i wody w razie potrzeby energii mechanicznej. Od nastania rewolucji przemysłowej, bezpieczeństwo energetyczne stało się zależne od złóż paliw kopalnianych. Jako pojęcie teoretyczne, bezpieczeństwo energetyczne jest najbliżej powiązane z kryzysem naftowym z lat siedemdziesiątych, kiedy to embarga i manipulacje cen ograniczyły dostęp krajów zachodnich do ropy naftowej. W rezultacie, większość krajów przemysłowych do dziś trzyma w rezerwie ilości ropy pozwalające zaspokoić ich zapotrzebowanie przez kilka miesięcy.

Ropa jest kluczowym surowcem dla gospodarek przemysłowych – coś, co nie zmieniło się przez ostatnie 50 lat - przede wszystkim w dziedzinie transportu i rolnictwa, jednak bezpieczeństwo energetyczne w nowoczesnych społeczeństwach zależy również od innych rzeczy, między innymi gazu, prądu, a nawet internetu. W dodatku, wszystkie te infrastruktury stają się coraz bardziej powiązane i zależne od siebie nawzajem. Na przykład, gaz jest ważnym paliwem do produkcji prądu, a sprawna sieć elektroenergetyczna jest wymagana do pracy rurociągów gazowych. W ten sam sposób, prąd jest potrzebny do funkcjonowania internetu, który z kolei używany jest do zarządzania siecią elektryczną.

Prąd jest potrzebny do funkcjonowania internetu, który z kolei używany jest do zarządzania siecią elektryczną.

Artykuł ten analizuje pojęcie bezpieczeństwa energetycznego, skupiając się na sieci elektroenergetycznej, która stała się równie ważna dla społeczeństwach przemysłowych co ropa naftowa. Co więcej, elektryfikacja traktowana jest jako sposób na zmniejszenie zależności od paliw kopalnianych – na przykład poprzez pojazdy elektryczne, pompy ciepła i turbiny wiatrowe.

„Bezpieczeństwo” i „niezawodność” sieci elektroenergetycznej można dokładnie mierzyć z pomocą wskaźników ciągłości, takich jak „Loss-of-Load Probability” (LOLP) oraz „System Average Interruption Duration Index” (SAIDI) (Przyp. tłum: Nie udało mi się znaleźć odpowiedników polskich; dosłowne tłumaczenia to „prawdopodobieństwo utraty obciążenia” i „indeks długości średniej przerwy w systemie”). Posługując się tymi dwoma wskaźnikami, jedynym sensownym wnioskiem jest to, że sieć elektroenergetyczna w krajach przemysłowych jest bardzo bezpieczna. W Niemczech, na przykład, prąd dostępny jest 99,996% czasu, co oznacza średnią przerwę w dostawie mniejszą, niż pół godziny na osobę na rok. ⁸ Nawet w najgorzej wypadających krajach Europy (Łotwie, Polsce i Litwie), przerwa w dostawie nie przekracza ośmiu godzin na osobę na rok, czyli prąd jest dostępny 99,90% czasu. ⁸ Stany Zjednoczone usytuowane są pomiędzy tymi dwoma liczbami, ze średnią przerwą nie większą, niż cztery godziny na osobę na rok (99,96%). ⁹

Jak bezpieczna jest odnawialna sieć elektroenergetyczna?

Obecne modele funkcjonowania sieci zakładają, że konsumenci powinni mieć dostęp, do tak dużej ilości prądu, gazu, ropy, internetu i wody, ile chcą, kiedy tylko chcą i jak długo tego chcą. Jedynym wymogiem jest to, by płacili swoje rachunki. Patrząc na sektor energetyczny, ta wizja bezpieczeństwa jest problematyczna z kilku powodów. Po pierwsze, większość prądu produkowana jest ze źródeł, które nie są nieskończone, a utrzymanie stałego dostępu do czegoś, co kiedyś się skończy, jest oczywiście niemożliwe. Prędzej czy później, strategia którą teraz operujemy nas zawiedzie. Zanim jednak to się stanie, doprowadzi ona do zmian klimatycznych i będzie prowokować konflikty zbrojne.

Międzynarodowa Agencja Energetyczna, która stworzona została po pierwszym kryzysie naftowym z wczesnych lat 70-tych, zachęca do używania energii ze źródeł odnawialnych w celu zwiększenia różnorodności w dostawie i polepszenia bezpieczeństwa energetycznego w dłuższej perspektywie. Odnawialna energia nie jest zależna od importu, ani nie podlega manipulacjom cen – czyli obecnie głównym zmartwieniem infrastruktury energetycznej opartej na paliwach kopalnianych. Oczywiście, panele słoneczne i turbiny wiatrowe mają ograniczony żywot i muszą być produkowane na nowo, co może wymagać surowców pochodzących z innych krajów, które same w sobie nie są nieograniczone. Jednak gdy są one zainstalowane, systemy energii odnawialnej pozostają dłużej „bezpieczne”, niż paliwa kopalniane (lub energia atomowa).

Energia odnawialna stwarza pewne wyzwania, według obecnych definicji bezpieczeństwa.

Co więcej, energia słoneczna i wiatrowa jest bardziej odporna na usterki czy sabotaż, zwłaszcza gdy produkcja jest zdecentralizowana. Elektrownie odnawialne emitują mniej dwutlenku węgla, zmniejszając swój wpływ na ekstremalne warunki pogodowe spowodowane przez zmiany klimatyczne, co również stwarza ryzyko dla bezpieczeństwa energetycznego. Pomimo wszystkich tych przewag, energia odnawialna stwarza niestety też pewne wyzwania, według obecnych definicji bezpieczeństwa. Najważniejszym z nich jest to, że źródła z największym potencjałem – słońce i wiatr – są dostępne sporadycznie, w zależności od pory roku i pogody. Oznacza to, że energia słoneczna i wiatrowa nie spełnia naszego wymagania, aby dostęp do prądu był stały i nieograniczony.

Zdjęcie: [Eduard Bezembinder](https://www.flickr.com/photos/bezembinder/3560945758/in/photolist-6qEM7w-7urQui-iSeKZ-8VjqeD-dUgKQ-e4ybCy-eke2Zk-ekeCdc-eke4NV-qBE1z-6Dfw5n-68EJKh-ekk6Rs-qBE2V-NqkS-oWp8Du-psYQc1-pCDop-5JSFFH-9fr321-oguPbE-6pZ6MT-dZ9YLx-vhpHJb-3oeLdu-69J2h1-7hatWp-d26CpQ-27dVzAC-5BEpZz-sUBfz-7B8zeq-HkygG-bHhG5R-2UoYjD-bRCZnx-o1e2oL-4LcBmy-69vhwD-ekz9ec-bLqreV-5jtvAp-2GUCLK-GpCny7-s36gn-dy6aBU-8moRHP-8rrRxd-5BJJyC-8KdmGR).

Niezawodność sieci elektroenergetycznej w zależnej w znacznym stopniu od energii słonecznej i wiatrowej byłaby znacznie poniżej obecnych standardów ciągłości usługi. ¹⁰ ¹¹ ¹² ¹³ ¹⁴ W takiej odnawialnej sieci energetycznej, zapewnienie dostępu 24/7 wiązałoby się z bardzo dużymi kosztami, ponieważ wymagałoby to obszernej infrastruktury mającej na celu magazynowanie, transmisję, i zarządzanie nadmiarem produkowanej energii. Ta dodatkowa infrastruktura groziłaby pozbawieniem takiej sieci energetycznej miana odnawialnej, ponieważ powyżej pewnej granicy, szkody środowiskowe wywołane przez paliwa kopalniane używane do produkcji, instalacji i utrzymania tej infrastruktury stają się większe, niż szkody których uniknęlibyśmy poprzez używanie źródeł odnawialnych w produkcji samej energii.

Odnawialne źródła energi mają zalety, których obecne definicje bezpieczeństwa energetycznego nie biorą pod uwagę.

Ograniczony dostęp nie jest jedyną słabością źródeł energii odnawialnej. Mimo, że wiele mediów i organizacji środowiskowych przedstawia energię słoneczną i wiatrową jako nieograniczoną („Słońce dostarcza Ziemi więcej energii w godzinę, niż cały świat zużywa w rok”) - rzeczywistość jest bardziej skomplikowana. Nieobrobiony zapas energii słonecznej (i wiatrowej) jest rzeczywiście ogromny, ale ponieważ gęstość tej energii jest bardzo mała, zamiana jej na formę, z której możemy korzystać, wymaga o wiele więcej miejsca i materiałów w porównaniu z elektrowniami cieplnymi – nawet jeśli wliczymy w to wykopywanie i dystrybucję paliwa. ¹⁵ Z tych powodów, odnawialna sieć elektroenergetyczna nie może zagwarantować konsumentom dostępu, do tak dużej ilości energii, jakiej pragną - nawet przy sprzyjających warunkach pogodowych.

Jak bezpieczny jest system energetyczny w stylu Off-the-Grid?

(Przyp. tłum: „Off-the-Grid” nie posiada oficjalnego tłumaczenia; jest to powszechnie stosowane określenie opisujące brak połączenia z siecią energetyczną)

Obecna polityka energetyczna próbuje pogodzić ze sobą trzy cele: nieograniczony i nieprzerwany dostęp do energii; niski koszt prądu; oraz przyjazność środowisku. Sieć energetyczna oparta, przede wszystkim na paliwach kopalnianych i energii atomowej, nie jest wstanie być przyjazna środowisku, a nieograniczony i tani dostęp zakłada, że zagraniczni dostawcy nie odetną dostępu lub nie zwiększą cen (oraz że narodowe lub międzynarodowe rezerwy nie zostaną zużyte).

Odnawialna sieć elektroenergetyczna również nie jest w stanie pogodzić wszystkich trzech celów. Aby uzyskać nieograniczony, ciągły dostęp do prądu, infrastruktura musiała by być olbrzymia, co czyniło by ją kosztowną i nieekologiczną. Bez tej infrastruktury, energia odnawialna mogłaby być tania i przyjazna środowisku, ale nie mogłaby być nieograniczona i ciągła. Innymi słowy, jeśli chcemy mieć dostęp do taniej i ekologicznej energii, musimy zmienić definicję bezpieczeństwa energetycznego i zakwestionować konieczność ciągłego i nieograniczonego dostępu do prądu.

Jeśli skierujemy wzrok z dala od typowych, wielkich, scentralizowanych infrastruktur, obecnych w społeczeństwach przemysłowych, staje się oczywiste, że nie wszystkie systemy dostawy oferują nieograniczony dostęp energii. Małoskalowa generacja prądu w stylu off-the-grid (czyli lokalna produkcja z użyciem paneli fotowoltaicznych i turbin wiatrowych, oraz przechowywanie energii w bateriach) jest tego przykładem. W teorii, systemy off-the-grid można zbudować tak, aby były „ciągle dostępne”. Można to zrobić z pomocą metody „najgorszego miesiąca”, która czyni produkcję i ilość przechowywanego prądu tak nadmierną, że nawet w najkrótszych i najciemniejszych miesiącach w roku, podaż dorówna zapotrzebowaniu.

Utrzymywanie podaży na poziomie popytu czyniłoby system off-the-grid bardzo kosztownym i nieekologicznym, zwłaszcza w regionach z dużą różnicą pomiędzy porami roku.

Jednak, tak jak hipotetyczna odnawialna sieć energetyczna w dużej skali, ciągłe utrzymywanie podaży na poziomie popytu czyniłoby system off-the-grid bardzo kosztownym i nieekologicznym, zwłaszcza w regionach z dużą różnicą pomiędzy porami roku. ¹⁶ ¹⁷ ¹⁸ Dlatego w praktyce, rozmiar większości tych systemów to kompromis pomiędzy niezawodnością, kosztami i przyjaznością środowisku. Metoda skalowania na podstawie „prawdopodobieństwa utraty obciążenia” określa ilość dni w roku, kiedy to dostawa energii nie zaspokaja zapotrzebowania. ¹⁹ ²⁰ ²¹ Innymi słowy, o rozmiarze systemu decyduje nie tylko szacowane zapotrzebowanie, ale także budżet i dostępne miejsce.

Zdjęcie: [Stephen Yang / The Solutions Project](https://www.flickr.com/photos/149368236@N06/33068752693/in/photolist-Sob15v-bBnpyx-keyKG-cuaVX3-nuP1zk-U2eVh7-cuaWEf-pskKMf-cuaswE-p27cJW-cu9SQu-cuaMky-mCLFCt-ajiCfB-4AFrsp-943usV-TyoqrN-pu9HK-erKVcJ-aYHgDT-7zrUXc-tQv77b-6xot6g-baF4gg-Xjymka-qHgAkg-ii2jys-9eD7tj-9fJDFi-Ge2Mn-guUowg-amvdKB-cvDZ15-79wfLn-c6XjSS-ddFjjF-9KYuQV-8Zp8z6-guV3wK-9P1nHp-q5c2cz-9RCRVu-cD8w4d-9YDNzC-7ehy1e-4obYkG-8tkNMS-cvDZru-4obYtN-23Aqhr).

Budowa systemów energetycznych w taki sposób znacznie zmniejsza koszty, nawet jeśli utracona „niezawodność” jest niewielka. Kalkulacje dla domu off-the-grid w Hiszpanii pokazują, na przykład, że zmniejszenie dostępu z 99,75% na 99,00% pomniejsza koszty o 60%, z podobnymi wynikami w kwestii ekologii. Przerwy w dostawie miałaby miejsce 87.6 godzin w roku, w porównaniu do 22 godzin na rok w bardziej niezawodnym systemie. ¹⁶

Według obecnego rozumienia kwestii bezpieczeństwa energetycznego, systemy off-the-grid budowane w ten sposób są porażką: przecież podaż nie zawsze zaspokaja popyt. Jednak ludzie korzystający z tych systemów nie lamentują z braku bezpieczeństwa, a wręcz przeciwnie. Powód ku temu jest prosty: dostosowują oni swoje zapotrzebowanie na prąd do jego ograniczonego i przerywanego dostępu.

W książce z 2015 roku pod tytułem Off-the-Grid: Re-Assembling Domestic Life, Phillip Vannini i Jonathan Taggart dokumentują swoje podróże przez Kanadę w celu przeprowadzenia wywiadów z blisko stoma domostwami żyjącymi w odcięciu od sieci elektroenergetycznej. ²² Jedną z ich najważniejszych obserwacji jest to, że ci, którzy wybrali ten styl życia dobrowolnie, zużywają o wiele mniej prądu i rutynowo dostosowują swoje zapotrzebowanie do pogody i sezonów.

Ci, którzy wybrali ten styl życia dobrowolnie, zużywają o wiele mniej prądu i rutynowo dostosowują swoje zapotrzebowanie do pogody i sezonów.

Na przykład, pralki, odkurzacze, wiertarki, tostery i konsole do gier używane są tylko w okresach tak dużej produkcji prądu, że baterie nie są wstanie pomieścić jej więcej. Natomiast w pochmurne dni, ludzie ci zmieniają swoje zachowania, tak aby zmniejszyć zużycie prądu i żeby oszczędzić go trochę na następny dzień. Vannini i Taggart zauważyli także, iż są oni w zupełności zadowoleni z poziomów oświetlenia i ogrzewania, odmiennych od tych, do których przyzwyczajone są osoby z zachodniego świata. Przykładem tego, jak sobie z tym radzą, jest koncentracja czynności wokół centralnych źródeł ciepła i światła. ²²

Podobne obserwacje można dokonać w miejscach, gdzie ludzie – niedobrowolnie – polegają na infrastrukturach które nie zawsze działają. Jeśli komunalna woda, prąd i internet nie są dostępne w mniej uprzemysłowionych krajach, charakteryzuje się to zarówno regularnymi jak i nieregularnymi przerwami w dostawie. ²³ ²⁴ ²⁵ Jednak pomimo tego, że tamtejsze systemy są zawodne – według powszechnych wskaźników ciągłości – życie wciąż się toczy. Codzienne obowiązki domowe są kształtowane przez przerwy w dostawie, które postrzegane są jako normalny aspekt życia. Na przykład, jeśli prąd, woda i internet dostępne są tylko w konkretnych godzinach dnia, prace domowe i inne czynności są odpowiednio planowane. Ludzie używają w sumie mniej energii: infrastruktura zwyczajnie nie pozwala na bardziej intensywny styl życia. ²³

Bardziej niezawodne, mniej bezpieczne?

Wysoka „niezawodność” sieci energetycznej w społeczeństwach przemysłowych uzasadniana jest za pomocą „wartości utraconego obciążenia” (Value of Lost Load), która porównuje straty finansowe spowodowane utratą energii, oraz dodatkowe inwestycje potrzebne, by tych strat uniknąć. ¹¹⁰ ²⁶ ²⁷ ²⁸ ²⁹ Jednak wartość utraconego obciążenia jest wysoce zależna od tego, w jaki sposób społeczeństwo jest zorganizowane. Im bardziej polega ono na elektryczności, tym większe będą straty finansowe spowodowane jej brakiem.

Obecne definicje bezpieczeństwa energetycznego uważają podaż i popyt na energię jako nie związane ze sobą, i skupiają się niemal w całości na zabezpieczaniu dostaw energii. Jednak alternatywne formy infrastruktur energetycznych, takie jak te opisane powyżej, pokazują że ludzie zdolni są do adaptacji, i że dopasowują swoje oczekiwania do ograniczonej i nie zawsze dostępnej energii. Innymi słowy, bezpieczeństwo energetyczne można poprawić nie tylko poprzez zagwarantowanie ciągłości w dostawie, lecz także przez zmniejszanie zależności od energii.

Zdjęcie: Zbiornik gazu ziemnego. [Jason Woodhead](https://www.flickr.com/photos/woodhead/7150825737/in/photolist-bTTRmV-85JomL-jysSQn-fw7gTZ-5Jkm2T-eDueWy-ohYc4x-fFxZCm-eD8VG8-eDfhqy-8pCnxZ-qPTdqx-22WNtVf-fFybmb-fFxRVG-fFyhCf-mGNU1p-24mDPG2-8efS2s-fFguSX-nN4pMi-fFgpjT-6br69i-hVGdgU-9DSQQ5-cDwVt-EqVP-dp7vJX-fwmwQh-oHAfHH-fFy6QS-fFgvS8-aaCofJ-fFxW5L-agEkAL-eDfonE-fFgrrn-eD9m9a-PLLffy-fFggcX-fFgka6-nRdzs-fFgwFH-88JrU8-nN4epz-2atchc9-nN523B-24mDNL4-2atciAb-GFzRM).

Podaż i popyt również są ze sobą powiązane i wpływają na siebie w systemach o wysokim bezpieczeństwie – ma to wtedy jednak odwrotny efekt. Tak samo, jak „niepewne” systemy off-the-grid sprzyjają stylom życia uniezależnionym od dostępu do energii, tak „pewne” systemy sprzyjają stylom życia coraz bardziej od niej uzależnionym.

Społeczeństwa przemysłowe z “niezawodnymi” sieciami elektroenergetycznymi w istocie są najbardziej podatne na przerwy w dostawie.

W książce z 2018 roku, pod tytułem Infrastructures and Practices: the Dynamics of Demand in Networked Societies, Olivier Coutart i Elizabeth Shove twierdzą, że nieograniczony i nieprzerwany dostęp do energii pozwolił ludziom w krajach przemysłowych na zaadaptowanie wielu technologii wysoce od niej zależnych, na przykład pralek, klimatyzatorów, lodówek, drzwi automatycznych, czy wiecznego dostępu do internetu, które stają się „normalne” i konieczne do codziennego życia. Tymczasem, alternatywne czynności, takie jak ręczne pranie ubrań, przechowywanie jedzenia bez prądu, chłodzenie bez klimatyzatorów, czy nawigacja i komunikacja bez telefonów komórkowych, tracą na popularności i wymierają. ³⁰

W rezultacie, bezpieczeństwo energetyczne jest w praktyce większe w systemach off-the-grid i „zawodnych” scentralizowanych infrastrukturach, podczas gdy społeczeństwa przemysłowe są najsłabsze i najbardziej wrażliwe na wszelkie zakłócenia w dostawie. To, co zazwyczaj uznawane jest za dowód bezpieczeństwa energetycznego – nieograniczony, ciągły dostęp do prądu – w istocie czyni nas jeszcze bardziej podatnymi na przerwy w jego dostawie. Coraz więcej ludzi nie posiada umiejętności, ani technologii, które pozwalałaby im funkcjonować bez ciągłej dostawy energii.

Zmiana definicji bezpieczeństwa energetycznego

By uzyskać trafniejszą definicję bezpieczeństwa energetycznego, musimy zdefiniować je nie, pod względem takich rzeczy jak ilości kilowatogodzin prądu, lecz pod względem usług energetycznych, czynności społecznych i podstawowych potrzeb. ¹ Ludzie nie potrzebują energii samej w sobie. To czego potrzebują, to sposobów na konserwację żywności, na czyszczenie ubrań, komunikację z innymi, lepszą widoczność po zmroku, możliwość podróży z miejsca na miejsce, i tak dalej. Wszystkie te potrzeby można zaspokoić, albo bez użycia energii, lub ze znacznie mniejszym lub większym zużyciem energii.

Traktując je w ten sposób, bezpieczeństwo energetyczne nie polega jedynie na dostępie do prądu, lecz także na lepszej zaradności społeczeństwa w radzeniu sobie bez ciągłej dostawy prądu. Wchodzi w to zarówno zaradność ludzi (czy mają umiejętności, by móc poradzić sobie z przerwami w dostawie?), urządzeń i systemów (czy są one w stanie poradzić sobie z częstymi przerwami w dostawie?), oraz instytucji (czy można byłoby w sposób zgodny z prawem zarządzać siecią energetyczną która nie jest zawsze sprawna?). To, czy zakłócenia w dostawie prądu doprowadziłyby do zakłóceń w innych usługach energetycznych i czynnościach społecznych, zależy od zaradności społeczeństwa.

Istnieje na przykład wiele alternatyw dola ciągłej dostawy prądu, której wymaga nasz system dystrybucji pożywienia. Lodówki mogłyby lepiej radzić sobie z przerwami w dostawie prądu, gdyby były lepiej izolowane. Moglibyśmy wprowadzić na nowo spiżarnie (które utrzymują jedzenie świeże zupełnie bez prądu), albo moglibyśmy ponownie nauczyć się starych metod przechowywania jedzenia, takich jak fermentacji czy kiszenia. Moglibyśmy jednocześnie zwiększyć umiejętności ludzi w dziedzinie gotowania, zamieniając ich diety na takie które używają więcej świeżych składników, które nie muszą być trzymane w chłodnych miejscach, i zachęcając ich do codziennych, lokalnych zakupów, zamiast tygodniowych wypraw do supermarketów.

Aby zwiększyć bezpieczeństwo energetyczne, musimy uczynić sieć elektroenergetyczną bardziej zawodną.

Jeśli spojrzymy na bezpieczeństwo energetyczne w bardziej całościowo, biorąc pod uwagę zarówno dostawę jak i zapotrzebowanie, szybko stanie się oczywiste, że bezpieczeństwo w społeczeństwo przemysłowych wciąż się zmniejsza. Coraz więcej zajęć oddawane jest w ręce maszyn, komputerów i wielkich infrastruktur - zwiększając naszą zależność od prądu. W dodatku, internet szybko staje się tak ważny jak prąd, a trendy takie jak praca w chmurze, Internet of Things, czy autonomiczne samochody, wszystkie polegają na powiązanych ze sobą warstwach wiecznie działających systemów energii.

Zdjęcie: Porzucona linia energetyczna. [Miura Paulison](https://www.flickr.com/photos/paulisson_miura/10318768955/in/photolist-gHQovz-kCLi9r-82pqq6-f4539G-6i3Aih-5m5G9b-6RkZvr-6V6k85-2b9wdNP-4DvxJx-WfvmJT-5CGLgF-5C1ojh-eANWrM-kjDG4Z-9QKWz-DnnTH9-ntvKWL-82sxbf-UssMS3-deJRBD-d6qh1S-5C1ooU-tkcYLj-MpbqCB-84zF9u-5CM5d7-5CM51J-82ppX6-a1H2sr-Rd9o59-a1LEed-6W3He9-VCD56X-bg3vgT-5BW5CT-82sxDb-2b1hTxi-6hpZ1g-8d19tj-qm9Cy-cgpx3-gszM15-eANtbt-MpbCWK-98h2dj-7HyrGe-5md8aD-d9fLdq-2cyGoSv).

Ponieważ podaż i popyt wpływają na siebie nawzajem, dochodzimy do nietypowego wniosku: by zwiększyć bezpieczeństwo energetyczne, musimy uczynić sieć elektroenergetyczną bardziej zawodną. Zachęci to do uniezależnienia się od prądu i do szukania alternatyw, a co za tym idzie, zmniejszenia tego, jak wrażliwi jesteśmy na przerwy w jego dostawie. Coutard i Shove twierdzą, że „należy przywiązywać większą wagę do potencjału przyszłych innowacji, które nie tracą na wartości nawet gdy duże systemy są osłabione lub porzucone, lub kiedy stają się mniej niezawodne.” Dodają też, że doświadczenia ludzi dobrowolnie odciętych od sieci energetycznej „oferują wgląd w możliwe alternatywne konfiguracje”. ³⁰

Opowiadanie się za mniej niezawodnym dostępem do prądu jest z pewnością kontrowersyjne. W rzeczy samej, „pozostawianie świateł włączonych” to powiedzenie używane często do uzasadnienia reform energetycznych, takich jak budowa nowych elektrowni atomowych, lub utrzymywania ich dłużej, niż było to planowane. Jednak by uzyskać prawdziwe bezpieczeństwo energetyczne, „pozostawianie świateł włączonych” powinno być zamienione na powiedzenia takie jak „pozostawianie niektórych świateł włączonych”, „które światła powinniśmy wyłączyć?” oraz „co takiego złego jest w odrobinie ciemności?”. ³¹ Oczywiście, bardziej zawodna podaż energii doprowadziłaby do fundamentalnych zmian w praktykach i technologiach, zarówno w gospodarstwach domowych, fabrykach, systemach transportu, i sieciach komunikacyjnych – ale o to właśnie chodzi. Obecny styl życia w krajach przemysłowych po prostu nie jest możliwy do utrzymania.

Artykuł oryginalnie napisany dla UK Demand Centre.

By zostawić komentarz, wyślij go poprzez e-mail na solar (małpa) lowtechmagazine (kropka) com.

Winzer, Christian. “Conceptualizing energy security.” Energy policy 46 (2012): 36-48. https://www.repository.cam.ac.uk/bitstream/handle/1810/242060/cwpe1151.pdf?sequence=1&isAllowed=y ↩︎ ↩︎ ↩︎
Sovacool, Benjamin K., and Ishani Mukherjee. “Conceptualizing and measuring energy security: A synthesized approach.” Energy 36.8 (2011): 5343-5355. https://relooney.com/NS4053-Energy/00-Energy-Security_1.pdf ↩︎
Kruyt, Bert, et al. “Indicators for energy security.” Energy policy37.6 (2009): 2166-2181. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301421509000883 ↩︎
Cherp, Aleh, and Jessica Jewell. “The concept of energy security: Beyond the four As.” Energy Policy 75 (2014): 415-421. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301421514004960 ↩︎
Energy security, International Energy Agency. https://www.iea.org/topics/energysecurity/ ↩︎
Lucas, Javier Noel Valdés, Gonzalo Escribano Francés, and Enrique San Martín González. “Energy security and renewable energy deployment in the EU: Liaisons Dangereuses or Virtuous Circle?.” Renewable and Sustainable Energy Reviews 62 (2016): 1032-1046. https://www.researchgate.net/profile/Javier_Valdes4/publication/303361228_Energy_security_and_renewable_energy_deployment_in_the_EU_Liaisons_Dangereuses_or_Virtuous_Circle/links/5a536f45458515e7b72eab26/Energy-security-and-renewable-energy-deployment-in-the-EU-Liaisons-Dangereuses-or-Virtuous-Circle.pdf ↩︎
Strambo, Claudia, Måns Nilsson, and André Månsson. “Coherent or inconsistent? Assessing energy security and climate policy interaction within the European Union.” Energy Research & Social Science 8 (2015): 1-12. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221462961500047X ↩︎
CEER Benchmarking Report 6.1 on the Continuity of Electricity and Gas Supply. Data update 2015/2016. Ref: C18-EQS-86-03. 26-July-2018. Council of European Energy Regulators. https://www.ceer.eu/documents/104400/-/-/963153e6-2f42-78eb-22a4-06f1552dd34c ↩︎ ↩︎
Average frequency and duration of electric distribution outages vary by states. U.S. Energy Information Administration (EIA). April 5, 2018. https://www.eia.gov/todayinenergy/detail.php?id=35652 ↩︎
Röpke, Luise. “The development of renewable energies and supply security: a trade-off analysis.” Energy policy 61 (2013): 1011-1021. https://www.econstor.eu/bitstream/10419/73854/1/IfoWorkingPaper-151.pdf ↩︎ ↩︎
“Evolutions in energy conservation policies in the time of renewables”, Nicola Lablanca, Isabella Maschio, Paolo Bertoldi, ECEEE 2015 Summer Study – First Fuel Now. https://www.eceee.org/library/conference_proceedings/eceee_Summer_Studies/2015/9-dynamics-of-consumption/evolutions-in-energy-conservation-policies-in-the-time-of-renewables/ ↩︎
“How not to run a modern society on solar and wind power alone”, Kris De Decker, Low-tech Magazine, September 2017. here. ↩︎
Nedic, Dusko, et al. Security assessment of future UK electricity scenarios. Tyndall Centre for Climate Change Research, 2005. http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.461.4834&rep=rep1&type=pdf ↩︎
Zhou, P., R. Y. Jin, and L. W. Fan. “Reliability and economic evaluation of power system with renewables: A review.” Renewable and Sustainable Energy Reviews 58 (2016): 537-547. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S136403211501727X ↩︎
Smil, Vaclav. Power density: a key to understanding energy sources and uses. MIT Press, 2015. https://mitpress.mit.edu/books/power-density ↩︎
Landeira, Cristina Cabo, Ángeles López-Agüera, and Fernando Núñez Sánchez. “Loss of Load Probability method applicability limits as function of consumption types and climate conditions in stand-alone PV systems.” (2018). https://www.researchgate.net/profile/Cristina_Cabo2/publication/324080184_Loss_of_Load_Probability_method_applicability_limits_as_function_of_consumption_types_and_climate_conditions_in_stand-alone_PV_systems/links/5abca9fa45851584fa6e1efd/Loss-of-Load-Probability-method-applicability-limits-as-function-of-consumption-types-and-climate-conditions-in-stand-alone-PV-systems.pdf ↩︎ ↩︎
Singh, S. Sanajaoba, and Eugene Fernandez. “Method for evaluating battery size based on loss of load probability concept for a remote PV system.” Power India International Conference (PIICON), 2014 6th IEEE. IEEE, 2014. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/7117729 ↩︎
How sustainanle is stored sunlight? Kris De Decker, Low-tech Magazine. here. ↩︎
Chapman, R. N. “Sizing Handbook for Stand-Alone Photovoltaic.” Storage Systems, Sandia Report, SAND87-1087, Albuquerque (1987). https://prod.sandia.gov/techlib-noauth/access-control.cgi/1987/871087.pdf ↩︎
Posadillo, R., and R. López Luque. “A sizing method for stand-alone PV installations with variable demand.” Renewable Energy33.5 (2008): 1049-1055. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S096014810700184X ↩︎
Khatib, Tamer, Ibrahim A. Ibrahim, and Azah Mohamed. “A review on sizing methodologies of photovoltaic array and storage battery in a standalone photovoltaic system.” Energy Conversion and Management 120 (2016): 430-448. https://staff.najah.edu/media/published_research/2017/01/19/A_review_on_sizing_methodologies_of_photovoltaic_array_and_storage_battery_in_a_standalone_photovoltaic_system.pdf ↩︎
Vannini, Phillip, and Jonathan Taggart. Off the grid: re-assembling domestic life. Routledge, 2014. http://lifeoffgrid.ca/off-grid-living-the-book/ ↩︎ ↩︎
“Materialising energy and water resources in everyday practices: insights for securing supply systems”, Yolande Strengers, Cecily Maller, in “Global Environmental Change 22 (2012), pp. 754-763. http://researchbank.rmit.edu.au/view/rmit%3A17990/n2006038376.pdf ↩︎ ↩︎
Pillai, N. “Loss of Load Probability of a Power System.” (2008). https://mpra.ub.uni-muenchen.de/6953/1/MPRA_paper_6953.pdf ↩︎
Al-Rubaye, Mohannad Jabbar Mnati, and Alex Van den Bossche. “Decades without a real grid: a living experience in Iraq.” International Conference on Sustainable Energy and Environment Sensing (SEES 2018). 2018. https://biblio.ugent.be/publication/8566224 ↩︎
Telson, Michael L. “The economics of alternative levels of reliability for electric power generation systems.” The Bell Journal of Economics (1975): 679-694. https://www.jstor.org/stable/3003250?seq=1#page_scan_tab_contents ↩︎
Schröder, Thomas, and Wilhelm Kuckshinrichs. “Value of lost load: an efficient economic indicator for power supply security? A literature review.” Frontiers in energy research 3 (2015): 55. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fenrg.2015.00055/full ↩︎
Ratha, Anubhav, Emil Iggland, and Goran Andersson. “Value of Lost Load: How much is supply security worth?.” Power and Energy Society General Meeting (PES), 2013 IEEE. IEEE, 2013. https://www.ethz.ch/content/dam/ethz/special-interest/itet/institute-eeh/power-systems-dam/documents/SAMA/2012/Ratha-SA-2012.pdf ↩︎
De Nooij, Michiel, Carl Koopmans, and Carlijn Bijvoet. “The value of supply security: The costs of power interruptions: Economic input for damage reduction and investment in networks.” Energy Economics 29.2 (2007): 277-295. https://s3.amazonaws.com/academia.edu.documents/40102922/The_Value_of_Supply_Security_The_Costs_o20151117-24458-1eo081r.pdf?AWSAccessKeyId=AKIAIWOWYYGZ2Y53UL3A&Expires=1544213977&Signature=d01qoyIcopj1rE5HpSWkCGcQzRk%3D&response-content-disposition=inline%3B%20filename%3DThe_value_of_supply_security.pdf ↩︎
Coutard, Olivier, and Elizabeth Shove. “Infrastructures, practices and the dynamics of demand.” Infrastructures in Practice. Routledge, 2018. 10-22. https://www.routledge.com/Infrastructures-in-Practice-The-Dynamics-of-Demand-in-Networked-Societies/Shove-Trentmann/p/book/9781138476165 ↩︎ ↩︎
Demand Dictionary of Phrase and Fable, seventeenth edition. Jenny Rinkinen, Elizabeth Shove, Greg Marsden, The Demand Centre, 2018. http://www.demand.ac.uk/wp-content/uploads/2018/07/Demand-Dictionary.pdf ↩︎

Gospodarka Zasilana Pogodą

Thu, 21 Sep 2017 00:00:00 +0000

Obraz: „Barka z kamieniem”, obraz Johna Warda z Hull.

Przed nastaniem Rewolucji Przemysłowej, ludzie dostosowywali swoje potrzeby energetyczne do dostępności zasobów energii o zmiennym charakterze (ang. intermittent energy sources). Globalny handel i system transportowy – oparty się na łodziach żaglowych – działał tylko wtedy, kiedy wiał wiatr. Wiatraki dostarczające nam pożywienia, i napędzające wiele procesów wytwórczych, działały na tej samej zasadzie.

Takie podejście byłoby równie praktyczne dzisiaj, szczególnie gdy wspomożemy się nowoczesnymi technologiami. Fabryki i system transportowy – łodzie, a może i kolej – mogłyby pracować wyłącznie na energii odnawialnej, wtedy kiedy jest dostępna. Dopasowanie popytu na energię do podaży na nią spowoduje, że transformacja energetyczna na źródła odnawialna będzie bardziej realistyczna, niż jest dzisiaj.

Energia Odnawialna W Czasach Przedprzemysłowych

Przed Rewolucją Przemysłową, zarówno przemysł, jak i transport, były w dużej mierze uzależnione od nieciągłych źródeł energii odnawialnej. Już starożytności używano młynów, wiatraków i łodzi żaglowych, lecz dopiero od XIV wieku, Europejczycy zaczęli wykorzystywać ich pełny potencjał.

W czasach ich świetności, tuż przed nadejściem ery przemysłowej, szacuje się, że w Europie pracowało 200 tysięcy wiatraków i 500 tysięcy kół wodnych. Początkowo, wiatraki i koła wodne służyły jedynie do mielenia zboża w młynach - bardzo pracochłonnego zajęcia, dawniej wykonywanego ręcznie (najpierw za pomocą kamieni, a później ręcznie obracanych żaren).

Obraz: „Letni krajobraz”, obraz autorstwa Jan'a van Os.

Wiatraki i koła wodne szybko zaadaptowano w przemyśle, gdzie wprawiały w ruch maszyny wykonujące takie procesy jak np. cięcie drewna, polerowanie szkła, wyrób papieru, wiercenie rur, cięcie kamieni, ostrzenie noży, cięcie metalu, kruszenie wapieni, wyrób prochu strzelniczego, wyrób zaprawy, bicie monet i wiele, wiele innych. ¹² Wiatraki i koła wodne znalazły swoje miejsce również w przetwórstwie rolnym. Wyciskały oliwę z oliwek, łuskały jęczmień i ryż na kaszę, mieliły przyprawy i tytoń, międliły len, wyciskały z rzepaku i konopi olej używany do gotowania i oświetlania.

Chociaż zdany był na kaprysy pogody i nieprzewidywalne siły energii wiatrowej, handel międzynarodowy stanowił fundament rozwoju wielu europejskich gospodarek ery przedprzemysłowej.

Koła wodne znano już w starożytności, jednak dopiero od XV wieku, zaczęły zyskiwać na popularności i rozprzestrzeniły się po całej Europie. Jednak „przemysłowe młyny (wiatraki)” narodziły się dopiero w Holandii, w kraju który najlepiej ujarzmił i zaprzągł do pracy energię wiatru. Te konstrukcje zaczęto stawiać w XVI w. i przez dłuższy czas były tylko tam spotykane. Holendrzy wykorzystywali wiatr do przeróżnych zadań, w tym do wydzierania morzu cennych skrawków ziemi. Aż do roku 1850, za ich pomocą, ten położony nisko nad poziomem morza kraj, mógł skutecznie osuszać tereny potrzebne rolnictwu. ²

Obraz: „Krajobraz rzeczny z rybakami na łodziach wiosłowych”, Abraham Storck, 1679 rok.

Transport napędzany wiatrem – za pomocą żaglowców – zaczął się gwałtownie rozwijać od XVI wieku, kiedy to Europejczycy „odkryli” nowe lądy. Dzięki niemu, powstał przewidywalny, różnorodny i ciągle się rozrastający system międzynarodowego handlu towarami masowymi (takimi jak zboże, drewno, wino, metale, ceramika, suszone ryby), dobrami luksusowymi (np. metalami szlachetnymi, futrem, przyprawami, kością słoniową, jedwabiem i lekami) i niewolnikami. ³

Chociaż zdany był na kaprysy pogody i nieprzewidywalne siły energii wiatrowej, handel międzynarodowy stanowił fundament rozwoju wielu europejskich gospodarek ery przedprzemysłowej. Niech przykładem będzie Holandia tamtego okresu, której przemysł stoczniowy, skoncentrowany wokół 450 zasilanych wiatrem tartaków, importował praktycznie wszystkie materiały z basenu Morza Bałtyckiego: drewno, smołę, żelazo, konopie i lniane płótno. Żeby wyżywić swoją ludność Holendrzy również byli zdani na wiatr dmuchający w żagle. Pod koniec XV wieku, do holenderskich portów rocznie zawijało dwa tysiące statków ze zbożem z Gdańska. ³ Łodzie żaglowe były również niezbędne do połowu ryb.

Jak W Epoce Przedprzemysłowej Radzono Sobie z Nieciągłością Energii

Już 500 lat przed nastaniem ery paliw kopalnych, odnawialne źródła energii były niezbędne dla funkcjonowania europejskich społeczeństw. Jednak Europejczycy nie mogli liczyć ani na chemiczne baterie, linie przesyłowe, ani na zapasowe elektrownie konwencjonalne równoważące niedobory produkcji energii. Jak, w takim razie, nasi przodkowi radzili sobie ze zmienną i nieciągłą naturą odnawialnych źródeł energii?

Jednym ze sposobów było wprowadzanie rozwiązań technicznych, które do pewnego stopnia, dopasowywały podaż energii do popytu, tak jak my robimy to dzisiaj. Poziom wody w rzekach zależał od pogody i pory roku. Koła wodne umieszczone na łodziach i młyny zbudowane na mostach były jednymi z pierwszych prób rozwiązania tego problemu. Podnosiły się i opadały razem z poziomem wody, dzięki czemu pracowały w bardziej przewidywalny sposób. ¹⁴

Nasi przodkowie wprowadzali rozwiązania techniczne, które do pewnego stopnia, dopasowywały podaż energii do popytu.

Potrafili również część energii wodnej zmagazynować na późniejszy użytek. Od czasów średniowiecza, na rzekach stawiano zapory, jazy i inne urządzenie hydrotechniczne piętrzące wodę. Jest to tożsame rozwiązanie do współczesnych tam na rzekach. Wszelkiego typu zapory wyrównywały przepływ wody w strumieniach i w razie potrzeby zapewniały potrzebną energię. ⁴ ⁵

Obraz: “Młyn Konny”, obraz Jamesa Herringa, 1850 rok.

Rzeki mogły jednak wyschnąć, albo zamarznąć na dłuższy czas, i wtedy ani jazy ani regulacja wysokości koła wodnego nie pomagały. Jeśli ktoś postawił na wiatraki, to niestety nie mógł liczyć na żadną sztuczkę techniczną przynoszącą wiatr podczas ciszy - pozostawało tylko się o niego pomodlić. ²⁶⁷

Jedną z technologicznych odpowiedzi tamtych czasów na nieciągłość produkcji energii, zarówno energii wiatru i wody, był kierat - zwany inaczej „młynem końskim”. ⁸ W przeciwieństwie do wiatru i wody, siła mięśni – osłów, mułów, koni, wołów, ludzi, a nawet psów - mogła zostać zaprzęgnięta do pracy w dowolnym momencie. Jednak pod względem sprawności energetycznej kierat był drogą i mało wydajną technologią - utrzymanie jednego konia wymaga osiem razy więcej gruntów przeznaczonych na pastwiska, niż ziemi uprawnej do wyżywienia jednego człowieka. ⁹ Z tego powodu, praca zwierząt w przemyśle nigdy nie została wykorzystana na większą skalę. Kieraty znalazły swoją niszę w mieleniu zboża, lub jako źródło energii małych zakładów wytwórczych. ¹

Tym bardziej, kierat nie mógł mieć zastosowania jako zapasowe źródło energii na statkach żaglowych. Z zasady, kiedy nie ma wiatru, łódź może skorzystać z pracy wioślarzy, jednak utrzymanie wystarczająco licznej załogi wioślarzy wymaga dodatkowych zapasów wody pitnej i pożywienia, przez co, taki napęd sprawdzał się jedynie na statkach wojennych i małych łodziach.

Dopasowywanie Popytu Do Podaży: Fabryki

Ponieważ nasi przodkowie mieli ograniczone możliwości radzenia sobie z nieciągłą naturą źródeł odnawialnych, podeszli do całej sprawy inaczej, niż staramy się to zrobić my - ludzie współcześni. Starali się oni zaadaptować do zmiennych zasobów energii. Innymi słowy, akceptowali to, że energia odnawialna nie zawsze jest dostępna i działali podług tego. Na przykład, wiatraki i łodzie żaglowe były w użyciu tylko wtedy, kiedy wiał wiatr.

Obraz: [„Wiatraki w Westzijderveld niedaleko Zaandam”, obraz Cloude Monet](https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Claude_Monet_Mills_in_the_Westzijderveld_near_Zaandam.jpg).

Przemysłowe wiatraki wykorzystywały każdy moment sprzyjającej pogody. Kiedy wiatr wiał wystarczająco silnie, wiadomo było, że młynarz będzie pracował dzień i noc, robiąc w trakcie tylko krótkie drzemki. Wiemy na przykład, że w angielskich zakładach Union Mill w Cranbrook, zdarzyło się, że młynarz podczas wietrznego okresu trwającego 60 godzin, zdążył zaznać jedynie trzech godzin snu. ² Publikacja „Mills and Millwrighting” („Młyny i stawiania młynów”) z roku 1957, częściowo oparta na rozmowach z ostatnimi żyjącymi tradycyjnymi młynarzami, pokazuje jak ważne było wykorzystanie każdej okazji, kiedy tylko dostępny był wiatr:

„Nie było to niczym niezwykłym, że z nadejściem jesiennych wiatrów, młynarzowi zdarzało się pracować od północy w niedzielę do wtorkowego wieczoru, od środy rano do czwartku w nocy, a następnie od piątkowego poranku do północy następnego dnia, łapiąc w tym czasie tylko kilka chwil na drzemkę; po tym poznać dobrego młynarza, że zawsze zerwie się z łóżka kiedy wiatr się wzmaga, wstając o północy aby uruchomić młyn, ponieważ wiatr to jego nadzorca i musi wykorzystać każdą okazję kiedy wieje. Wiele wiosek doświadczyło czasów, przed wynalezieniem silnika parowego, gdy brakowało pszennego chleba, ponieważ młyn (wiatrak) nie pracował w okręgu, w którym nie było rzek ani strumieni; w takich kryzysowych czasach, bezwietrznych jesieni, ludzie musieli się zadowolić chlebem z jęczmiennej mąki, a nawet z ziemniaków." ¹⁰

Wcześniej, w bardziej konserwatywnych czasach, młynarz zostałby ukarany za pracę w niedzielę, ale nie zawsze się tym przejmował. Kiedy zaprotestowano przeciwko niedzielnej pracy młynarza Wade z Wiclewood z młyna wieżowego w Norfolk, ów młynarza tak się tłumaczył: „Jeśli Pan jest na tyle dobry, że zsyła mi w Niedzielę wiatr, to ja z niego korzystam”. ¹¹ W czasie ciszy wiatrowej młynarze wykonywali inne prace, takie jak naprawa i konserwacja urządzeń, albo robili sobie wolne. Noah Edwards, ostatni młynarz młyna wieżowego Arkley w hrabstwie Hertfordshire, w tym czasie - „wieczorem siedziałby u wejścia do młyna i grał na skrzypcach”. ¹¹

Dopasowywanie Popytu Do Podaży: Żaglowce

Do podróży morskich podchodzono podobnie jak do wiatraków. Ponieważ, w tamtym czasie napęd statkom dostarczały żagle, żeglarze podczas ciszy wiatrowej schodzili na ląd, żeby np. dokonać niezbędnych napraw statków czy uzupełnić zapasy. Podróże planowali biorąc pod uwagę sezonowe zmienności pogody, wykorzystując sprzyjające wiatry i morskie prądy. Na morzu, wiatr nie tylko wieje mocniej niż na lądzie, ale jest również bardziej przewidywalny.

Żeglarze planowali podróż biorąc pod uwagę sezonowe zmienności pogody – wykorzystując sprzyjające wiatry i morskie prądy.

W troposferze wyróżniamy sześć głównych pasów wiatrów, po trzy na każdej półkuli ziemskiej. Od równika do biegunów wieją pasaty, wiatry zachodnie i wiatry wschodnie (w języku angielskim pasaty zwyczajowo nazywa się „trade winds” czyli „wiatrami handlu”, przyp. tłum.). Sześć pasów wiatrów przesuwa się na północ podczas lata na półkuli północnej, i na południe podczas zimy na tej samej półkuli. Z dominującymi kierunkami wiatrów jest skorelowanych pięć głównych oceanicznych prądów morskich.

Obraz:”Maas w Dordrecht”, obraz Aelberta Cuyp, rok 1660.

Europejscy żeglarze rozszyfrowali z czasem globalny układ wiatrów i prądów morskich, i wkrótce system sieci szlaków morskich oplótł całą kulę ziemską. Krzysztof Kolumb, zanim dotarł do Ameryki, odkrył, że dzięki wykorzystaniu pasatów i wiatrów zachodnich, możliwe jest wytyczenie trasy morskiej po oceanie atlantyckim z Europy do Nowego Świata i z powrotem.

Na półkuli północnej pasaty osiągają swoje najbardziej wysunięte na północ szerokości geograficzne w lecie, dochodząc do wybrzeży Hiszpanii i Portugalii. Dzięki tym wiatrom, można latem z łatwością w dopłynąć żaglowcem z Południowej Europy na Karaiby i do Ameryki Południowej, ponieważ wieją wtedy ze wschodu na zachód.

Grafika: Mapa wiatrów na Atlantyku, 9 września 2017 rok. Źródło: [Windy](https://www.windy.com)

Powrót tą sama trasą byłby wtedy prawie niemożliwy. Iberyjscy żeglarze odkryli jednak, że jeśli zimą popłyną na północ, wzdłuż wybrzeża Ameryki Północnej, to natrafią na wiatry zachodnie, które zabiorą ich z powrotem do Południowej Europy. Około 1560 roku, baskijski podróżnik Andrés de Urdenata odkrył podobną trasę morską dookoła Pacyfiku. ¹²

Dzięki wykorzystaniu sprzyjających wiatrów, czas podróży morskich żaglowców był całkiem przewidywalny. Przepłynięcie Atlantyku zajmowało od 21 do 29 dni.

Dzięki wykorzystaniu sprzyjających wiatrów, czas podróży morskich statkami żaglowymi był całkiem przewidywalny. Książka „Ocean Passages for the World” wspomina, że typowa podróż morska z Nowego Jorku do Kanału Angielskiego, od połowy XIX wieku do wczesnych lat XX wieku, zajmowała żaglowcom od 25 do 30 dni. W latach 1818 do 1832, najkrótsza podróż wyniosła 21 dni, a najdłuższa 29. ¹³

Kurs z Kanału Angielskiego do Nowego Jorku trwał 35-40 dni zimą i 40-50 dni latem. Do Cape Town trzeba było płynąć 50-60 dni, do Kalkuty 80-90 dni, a do Melbourne 100-120 dni. ¹³ Te czasy są dwa, trzy razy dłuższe od dzisiejszych, pokonywanych przez współczesne kontenerowce, które to dostosowują swoją prędkość podróżną do cen ropy naftowej i popytu na ich usługi.

Stare Podejście, Nowa Technologia

Dzisiaj, dopasowywanie popytu na energię do jej dostępności jest tak samo sensowną strategią na radzenie sobie ze zmiennymi źródłami energii, jak była kiedyś w czasach przedprzemysłowych. Nie oznacza to jednak, że jesteśmy skazani na powrót do przedprzemysłowego stylu życia. Dysponujemy teraz lepszymi technologiami, które pozwolą nam znacznie łatwiej dostosować się do kaprysów pogody.

Obraz: „Statki podczas ciszy morskiej”, obraz Charles Brooking, pierwsza połowa XVIII wieku.

W kolejnych akapitach, bardziej szczegółowo zbadam to, w jaki sposób przemysł i transport mogłyby oprzeć się wyłącznie na zmiennych, nieciągłych źródłach energii i pokażę jakie możliwości otwierają przed nami nowe technologie. Mój wywód podsumuję, starając się zanalizować efekt jaki ta przemiana wywrze na konsumentach, pracownikach i na wzroście gospodarczym.

Produkcja Przemysłowa

W skali światowej, produkcja przemysłowa odpowiada za prawię połowę całkowitego zużycia energii. Wiele z mechanicznych procesów wytwórczych, które kiedyś wykonywano dzięki wiatrakom, takie jak: cięcie, piłowanie, wiercenie, honowanie, miażdżenie, kucie, ostrzenie, skrawanie, polerowanie, mielenie, ciągnienie itd., jest dzisiaj tak samo ważna jak dawniej. Wszystkie te procesy produkcyjne można zasilać z nieciągłych źródeł energii.

To samo tyczy się przetwórstwa spożywczego (mielenia, rozdrabniania, odsiewania ziarna, obłuszczenia i polerowanie kasz, wyciskania oleju z nasion), wydobywczego (kopania, wiercenia, kruszenie rud i skał) i przemysłu tekstylnego (folowania, przygotowanie włókien, przędzenia i tkania). W tych wszystkich wymienionych procesach, nieciągłe dostarczanie energii nie będzie miało wpływu na jakość procesu produkcyjnego, a jedynie na jego prędkość.

Nieciągłe źródła energii nie mają wyraźnie negatywnego wpływu na wiele z dzisiejszych procesów produkcyjnych.

Zasilanie tych procesów energią źródeł odnawialnych jest znacznie prostsze dzisiaj niż w przeszłości. Dzisiejsze turbiny wiatrowe są całkowicie zautomatyzowane, kiedy wiatraki wymagały ciągłej uwagi. ¹⁴

Obraz:„Praca z młynami”, Jean Bruggeman, 1996 rok.

Co więcej, nie tylko dzisiejsze turbiny wiatrowe (i wodne) są praktyczniejsze i potężniejsze niż dawniej, ale nauczyliśmy się również wykorzystywać energię słoneczną do produkcji energii mechanicznej. Dzieje się to zwykle za sprawą fotowoltaiki, zmieniającej energię słoneczną na prąd elektryczny zasilający silniki elektryczne.

Dzięki temu, fabryki można zasilać połączonymi siłami energii wiatru i słońca, co zwiększa prawdopodobieństwo, że zapotrzebowanie na energię maszyn przemysłowych zostanie zaspokojone. Możliwość zbierania energii słonecznej jest bardzo ważna, ponieważ, póki co, jest to najbardziej dostępne dla nas źródło energii odnawialnej. Potencjał energii wodnej (na lądzie, przyp. tłum.) został już praktycznie całkowicie zagospodarowany. ¹⁵

Energia Cieplna

Kolejną niezwykle ważną różnicą, pomiędzy współczesnością, a czasami przedprzemysłowymi, jest to, że to samo podejście możemy zastosować do podstawowych procesów wytwórczych, które wymagają energii cieplnej. Ciepło dominuje w wielu gałęziach przemysłu np. w wytwarzaniu układów scalonych, produkcji szkła, przemyśle chemicznym czy wytopie metali.

W czasach przedprzemysłowych, procesy wymagające energii cieplnej były zasilane spalaniem biomasy, węgla lub torfu. Niestety skutki tego były opłakane. Nadmierna eksploatacja tych paliw doprowadziła do zniszczenia lasów, erozji gleby i zanieczyszczenia powietrza. Chociaż w przeszłości ludzie korzystali z energii słonecznej w takich przedsięwzięciach jak np. produkcja soli z wody morskiej, suszenie płodów rolnych celem ich konserwacji, czy wypalanie na słońcu cegieł, to jednak te zadanie wymagały względnie niskich temperatur.

Możemy zastosować to samo podejście do podstawowych procesów wytwórczych wymagających energii termicznej, co nie było możliwe przed Rewolucją Przemysłową.

Dzisiaj, energia odnawialna, inna niż pochodząca ze spalania biomasy, może służyć do produkcji ciepła na dwa sposoby. Po pierwsze, możemy użyć turbin wiatrowych i fotowoltaiki, które wygenerują prąd elektryczny, a my zamienimy go na energię termiczną dzięki efektowi oporu elektrycznego. Nie dało się tego zrobić w czasach przedprzemysłowych - ponieważ nie znano jeszcze elektryczności.

Grafika: Zasilana energią słoneczną prasa drukarska Augustina Mouchot'a, 1882 rok.

Drugi sposób, to bezpośrednie użycie ciepła promieni słonecznych. Można to zrobić wykorzystując kolektory płytowe z wodą jako medium roboczym, lub rurowe kolektory próżniowe, które absorbują promieniowanie słoneczne ze wszystkich stron i są w stanie osiągnąć temperaturę 120 stopni Celsjusza. Pozostają jeszcze kolektory skoncentrowanego światła słonecznego, które podążają za ruchem słońca, skupiają jego promieniowanie i potrafią wytworzyć temperatury wystarczająco wysokie do topienie metali czy wytwarzania układów scalonych i ogniw fotowoltaicznych. Takie możliwości pojawiły się dopiero w późnych latach XIX wieku, dzięki postępowi w produkcji szkła i luster.

Ograniczone Możliwości Gromadzenia Energii

Zasilanie fabryk nieciągłymi źródłami energii odnawialnej nie wyklucza użycia magazynów energii, albo pomocy zapasowych elektrowni. Dopasowanie popytu do podaży energii powinno być priorytetem, jednak inne strategie mogą spełniać role pomocnicze. Po pierwsze, magazyny energii, lub zapasowe elektrownie, mogłyby być potrzebne w sytuacjach krytycznych, zasilając w razie potrzeby procesy, których nie można wstrzymać na dłuższy czas, jak np. produkcję żywności.

Po drugie, magazynowanie energii na krótki czas jest przydatne w zasilaniu procesów, w których jakość wyrabianych produktów zależy od stałych parametrów procesu produkcyjnego, a te wymagają niezaburzonej dostawy mocy. ¹⁶ Po trzecie, krótkoterminowe magazynowanie energii jest kluczowe w procesach sterowanych komputerowo, ponieważ nie pozwala przerwać pracy w krótkich momentach w przerwie w dostawie prądu i zapewnia, w wypadku spodziewanych długich przerw w zasilaniu, bezpieczne zatrzymanie procesów. ¹⁷

Obraz: „Port miejski w Rotterdamie”. Obraz Jongkinda Johana Bertholda, rok 1857.

Dzisiaj mamy znacznie lepsze możliwości magazynowania energii w porównaniu do czasów przedprzemysłowych. Możemy na przykład użyć biomasy, kiedy braknie energii mechanicznej. Kilka wieków temu, kiedy wiatr przestawał wiać, młynarz nie mógł skorzystać z tej opcji, ponieważ nie wymyślono jeszcze silnika parowego.

Mamy też do dyspozycji baterie chemiczne, różne formy prostych technologii, tj. koła zamachowe, sprężone powietrze, akumulatory hydrauliczne i elektrownie szczytowo-pompowe. Jeśli chcemy przechować energię cieplną, to również jest z czego wybierać: możemy przechowywać ciepło w izolowanych zbiornikach na wodę (do 100ºC) lub w soli, oleju albo ceramice (do znacznie wyższych temperatur). Każde z tych rozwiązań niestety zawiedzie, z tego czy innego powodu, jeśli będziemy chcieli zmagazynować znaczną ilość nadwyżki energii ze źródeł odnawialnych. Małoskalowe magazyny energii, służące jedynie do równoważenie zapotrzebowania, mogą jednak okazać się bardzo użyteczne.

Nowa Era Żagli

Kolejnym kandydatem do przejścia na nieciągłe źródła energii odnawialnej jest transport towarowy, a przede wszystkim transport morski. Statki przewożą około 90% wszystkich towarów w handlu międzynarodowym, i chociaż są najbardziej sprawnym energetycznie sposobem przemieszczania ładunków, to ich całkowite zużycie energii jest wysokie, a napędzane ropą masowce produkują ogromną ilość zanieczyszczeń.

Zdjęcie: Zdjęcie wykonane przez Arne List [CC BY-SA 2.0], przez Wikimedia Commons

Dzisiaj, często się wspomina, że rozwiązaniem problemu zanieczyszczeń podrukowanych przez transport morski, może stać się zasilanie statków wodorem. Paliwo miałoby być produkowane w procesie elektrolizy wody, a energię potrzebną do tego dostarczałyby morskie farmy wiatrowe. Jednak ludzkość od tysiącleci zna sprawdzony, prostszy, czysty i efektywny sposób bezpośredniego wykorzystanie siły wiatru. Wystarczy statkom zamontować żagle. Ponieważ nawet dzisiaj, wiele ze statków wyposażonych w silniki spalinowe, często dryfuje bezczynnie całymi dniami, czy tygodniami, czekając na pozwolenie wpłynięcie lub wypłynięcia z portu, to względnie nieprzewidywalna natura wiatrów nie będzie takim dużym problemem.

Znacznie praktyczniej, i wydajniej energetycznie, jest bezpośrednio napędzać statki wiatrem.

Tak jak w przypadku procesów przemysłowych, dysponujemy dzisiaj większa wiedzą i lepszą technologią, dzięki którym możemy transport morski oprzeć wyłącznie na wietrze. Mamy lepsze materiały by budować lepsze i bardziej niezawodne statki i żagle, posiadamy dużo precyzyjniejsze instrumenty nawigacyjne i komunikacyjne, prognozy pogody są coraz dokładniejsze, możemy w razie potrzeby użyć fotowoltaiki do zasilenia silników, oraz zebraliśmy znacznie bardziej szczegółową wiedzę na temat układu wiatrów i prądów morskich.

Zdjęcie: „Thomas W. Lawson” - siedmiomasztowy szkuner o stalowym kadłubie, zbudowany w 1902 roku do handlu pacyficznego. Załoga liczyła osiemnaście osób.

Tak naprawdę, światowy układ wiatrów i prądów morskich został w pełni poznany, kiedy era żagli dobiegała już końca. Pomiędzy rokiem 1842 a 1861, amerykański nawigator Matthew Fontaine Maury, zebrał wyczerpujący zasób dzienników pokładowych, na podstawie których wykreślił mapy przeważających wiatrów i prądów morskich, oraz ich sezonowe wariacje. ¹⁸

Dzieło Maury’ego pozwoliło żeglarzom znacząco skrócić czas żeglugi. Na przykład, podróż z Nowego Jorku do Rio de Janeiro skróciła się z 55 do 23 dni, a podróż z Melbourne do Liverpoolu zmalała o połowę, z 126 do 63 dni. ¹⁸

W ostatnich czasach, wiele innowacji w żeglowaniu pojawia się za sprawą wyścigów jachtów i mogłyby wejść one do żeglugi handlowej. Na przykład, w Pucharze Ameryki w roku 2017, drużyna Emirates Team New Zealand wprowadziła pedały zamiast korb ręcznych do zasilania hydraulicznego systemu sterowania łodzią. Ponieważ nasze nogi są mocniejsze niż ramiona, napęd na pedały pozwala wykonywać szybsze halsy i zwroty przez rufę podczas zawodów, ale nic nie stoi na przeszkodzie, żeby ta innowacja znalazła się na pokładzie handlowych żaglowców, zmniejszając ilość wymaganej do obsługi statku załogi. ¹⁹

Zdjęcie: Jacht sportowy zespołu Emirates Team New Zealand.

Wymowne są również nowe rekordy prędkości. Najszybsza żaglówka w 1972 roku nie osiągała nawet 50 kilometrów na godziną, kiedy w 2012 roku statek Vestas Sailrocket 2 osiągnął prędkość 121 km/godz. Oczywiście te wyczynowe konstrukcje nie nadają się do przewożenia ładunków, nie mniej jednak, mogą stać się inspiracją dla statków handlowych.

Pociągi Zasilane Słońcem i Wiatrem

Podobne podejście możemy przyjąć w transporcie lądowym, opracowując pociągi napędzane energią słońca i wiatru. Podobnie jak łodzie żaglowe, pociągi mogłyby jeździć tylko wtedy kiedy dostępna jest energia odnawialna. Oczywiście nie polegałoby to na postawieniu masztów z żaglami na lokomotywach, ale na podłączeniu trakcji do paneli fotowoltaicznych i turbin wiatrowych rozmieszczonych wzdłuż torów. Byłoby to całkowicie nowe użycie, możliwe dzięki odkryciu elektryczności, mającej już wieki, strategi radzenie sobie z nieciągłymi źródłami energii.

Pociągi zasilane słońcem i wiatrem byłyby całkowicie nowym wykorzystaniem, wielowiekowej strategii radzenie sobie z nieciągłymi źródłami energii.

Pociągi towarowe są idealnymi kandydatami to przetestowania tego rozwiązania, ponieważ jeżdżą przede wszystkim nocą, kiedy produkcja energii wiatrowej osiąga z reguły szczyt, a zapotrzebowania na prąd jest najniższe. Tak jak statki handlowe, pociągi towarowe nie mogą pochwalić się przewidywalnymi rozkładami jazdy, ponieważ często czekają całymi dniami na bocznicach towarowych na pełny załadunek.

Obraz: „Doki Cardiff”, obraz Lionel Waldena, rok 1894.

Prędkość pociągów również może być regulowana dostępnością energii odnawialnej, tak jak prędkość wiatru określa jak szybko może płynąć żaglowiec. Podobne podejście można wykorzystać do innych elektrycznych systemów transportowych, takich jak: tramwaje, tramwaje wodne czy napowietrzne kolejki linowe.

Połączenie, zasilanych słońcem i wiatrem pociągów towarowych z zasilanymi słońcem i wiatrem fabrykami, stwarza nowe możliwości. Na pierwszy rzut oka, pociągi pasażerskie, które napędza energia odnawialna, wydają się czymś niemożliwym, ponieważ przewóz ludzi jest znacznie mniej elastyczny niż towarów. Jeśli pociąg pasażerski zbytnio zwolni, albo co gorsza nie odjedzie, pasażerowie będą musieli w ostatniej chwili zmienić swoje plany. W pochmurne dni niewielu dotrze do swoich miejsc pracy.

Zdjęcie: Panele fotowoltaiczne pokrywające trakcje kolejową w Belgii, 2016. Źródło: Infrabel.

Rozwiązaniem tego problemu mogłoby być wykorzystanie wspólnych źródeł energii dla fabryk i pociągów pasażerskich. Wzdłuż trakcji kolejowych można postawić wystarczającą ilość paneli słonecznych, żeby pociągi mogły odjeżdżać nawet w pochmurne dni. Kiedy będzie więcej słońca, to nadwyżkę energii wykorzysta się fabrykach stojących wzdłuż torów, albo puści się na tory dodatkowe składy pociągów.

Konsekwencje Społeczne: Konsumpcja i Produkcja

Widzimy teraz, że będziemy mogli produkować całkiem dużą różnorodność dóbr konsumenckich i przewozić je po całym świecie, nawet wtedy, kiedy produkcja przemysłowa i transport międzynarodowy staną się całkowicie zależne od nieciągłych źródeł energii odnawialnej. Oczywiście nie wszystkie produkty będą dostępne cały czas. Możliwe, że jeśli zechcemy kupić nową parę butów, to będziemy musieli poczekać, aż nastanie właściwa pora roku na ich produkcję i transport.

Zarówno produkcja, jak i konsumpcja, zależeć będzie od pogody i pór roku. Zasilane słońcem fabryki będą bardziej produktywne latem, a te zasilane energią wiatrową zimą. Trzeba będzie również uwzględnić najlepszy sezon do żeglowania.

Możliwe, że jeśli zechcemy kupić nową parę butów to będziemy musieli poczekać, aż nastanie właściwa pora roku na ich produkcję i transport.

Gospodarka zasilana w rytmie zmiennej pogody nie musi koniecznie oznaczać spadku produkcji i konsumpcji. Jeśli fabryki i transport towarowy dostosują swoje zapotrzebowanie na energię do warunków pogodowych, to będą mogły w pełni wykorzystać roczną produkcję mocy turbin wiatrowych i paneli słonecznych.

Obraz: „Wiatrak w Zaandam”, obraz Clouda Moneta, 1871 rok.

Wytwórcy mogliby radzić sobie z okresowymi brakami w dostawie mocy w ten sposób, że w „sezonie” będą produkować nadwyżki towarów i magazynować je w pobliżu rynków zbytu. Dzięki temu, można je będzie sprzedawać podczas miesięcy malejącej produkcji, unikając w ten sposób niedoborów. Byłby to w rzeczywistości sposób „magazynowania energii” w produktach. Zamiast gromadzić energię, żeby wytwarzać towary, można kiedy nadarza się okazja, zamieniać energię w towary i gromadzić je na później.

Takie rozwiązanie może jednak spowodować spadek produkcji i konsumpcji. Nadprodukcja w okresach nadwyżek energetycznych wymaga dużych, rozbudowanych zakładów produkcyjnych i powierzchni magazynowych, które przez resztę roku będą stały nieużywane. Żeby produkcja była opłacalna, producenci musieliby pójść na kompromisy. Od czasu do czasu, te kompromisy powodowałyby niedobory produktów, co mogłoby zachęcić ludzi do szukania rozwiązań innych niż codzienne zakupy, jak np. naprawa, upcykling, ponowne wykorzystanie starych przedmiotów, rękodzieło, zrób-to-sam, czy wymiana i współdzielenie dóbr.

Konsekwencje Dla Pracowników

Dopasowanie popytu na energię do jej podaży spowoduje, że robotnicy też będą musieli dostosować się do pogody. Jeśli fabryka pracowałaby dzięki światłu słonecznemu, to dostępność energii do jej zasilania bardzo dobrze współgra z ludzkim rytmem biologicznym. Minusem jednak w tym przypadku, byłyby przymusowe dni wolne od pracy zimą i podczas niepogody.

Z drugiej strony, jeśli zakład produkcyjny, albo transport towarowy, zasilany byłby wiatrem to ludzie musieliby pracować w nocy, co jest niezdrowe. Pozytywną stroną byłyby jednak wakacje latem i wolne podczas słonecznych dni.

Obraz: “Nocna prace w dokach”, obraz Henri Andolhe Schaep, 1856 rok.

Uciążliwe dla pracowników byłyby również nieprzewidywalne godziny pracy, jeśli produkcję i transport oprzeć by, tylko i wyłącznie, na słońcu i wietrze. Chociaż w dzisiejszych czasach możemy liczyć na znacznie lepsze prognozy pogody, to jednak ciężko o dobrą prognozę na więcej niż kilka dni do przodu.

Dzisiejsze elektrownie źródeł odnawialnych są całkowicie zautomatyzowane. Istnieją już całkowicie zautomatyzowane fabryki. W ostatnim wieku obserwujemy znaczny rozwój automatyzacji procesów produkcyjnych i proliferację robotów. Doprowadziło to do powstania tzw. „ciemnych fabryk”, w których nie palą się światła, ponieważ nie pracuje w nich żaden człowiek.

Dzisiejsze elektrownie źródeł odnawialnych są całkowicie zautomatyzowane. Istnieją już całkowicie zautomatyzowane fabryki.

Jeśli fabryka nie zatrudnia ludzkich pracowników, to nie ważne w jakich godzinach pracuje. Co więcej, wiele zakładów jest czynnych dwadzieścia cztery godziny na dobę, częściowo z powodu zatrudniania milionów pracowników na nocną zmianę. W takim wypadku, ilość osób pracujących nocą zmniejszyłaby się, ponieważ fabryki mogłyby działać tylko w te noce, kiedy wieje wiatr.

Może, najlepsze co możemy zrobić to ograniczyć skalę produkcji przemysłowej i kolejowego transport towarowego, dostosowując je do normalnych, dziennych godzin pracy? W takim wypadku, będziemy po prostu, mieli mniej dóbr materialnych do użytku, za to więcej czasu wolnego. Może to spowodować wzrost zapotrzebowania w innych sektorach gospodarki, takich jak: rzemiosło czy żeglarstwo.

A Co z Internetem?

Wychodzi na to, że jest możliwe żeby produkcja przemysłowa i transport towarowy, tak na lądzie jak i na morzu, był napędzany wyłącznie zmiennymi źródłami energii odnawialnej, bez potrzeby wsparcia w postaci rozbudowanej infrastruktury przesyłowej, magazynów energii, elektrowni zapasowych i przeskalowanych elektrowni odnawialnych. Nie da się tego powiedzieć o proponowanym dzisiaj, zaawansowanym technologicznie podejściu do dopasowania podaży na energię do popytu na nią. Takie podejście, zakładające że energia ma być dostępna cały czas, powoduje konieczność postawienia dodatkowej, rozbudowanej infrastruktury źródeł odnawialnych i magazynów energii. Jak dowiedliśmy w poprzednim artykule, jest to skomplikowane, wolne, drogie i niezrównoważone podejście do energii odnawialnej.

Dopasowywanie naszego zapotrzebowania na energię, do aktualnie dostępnej mocy źródeł odnawialnych, pozwoliłoby na szybszą i bardziej realną transformację energetyczną na źródła odnawialne. Nie byłoby potrzeby ograniczania produkcji, gromadzenia energii i godzenia się na straty na przesyle. Cała energia wygenerowana przez panele słoneczne i turbiny wiatrowe byłaby zużywana na miejscu i nic by się nie marnowało.

Obraz: „Marina”, obraz Carol Popp de Szathmary, 1800 rok.

Trzeba przyznać, że dostosowanie zapotrzebowania na energię do jej podaży może być trudniejsze w innych sektorach. Chociaż Internet mógłby być całkowicie obsługiwany przy użyciu nieciągłych źródeł zasilania - dzięki sieciom asynchronicznym i oprogramowaniu odpornemu na opóźnienia – to wiele nowszych aplikacji internetowych musiałoby zniknąć.

Jeśli chodzi o nasze życie codzienne, to nie możemy liczyć na to, że ludzie zgodzą się na siedzenie po ciemku, albo że odłożą na później ugotowanie obiadu w oczekiwaniu na pojawienie się dostępnej energii odnawialnej. Tak samo trudno sobie wyobrazić, że będziemy jeździć pociągiem na pogotowie, i to tylko w słoneczny dzień. Do zaspokojenia wielu naszych potrzeb, musimy mieć jakieś formy magazynów energii, albo jeszcze inne rozwiązania, aby skutecznie radzić sobie z nieciągłością dostaw energii. To będzie temat następnego postu.

. Edycja Jenna Collett.

Cześć materiału użyta w tym artykule została zebrana podczas odbywania stypendium w Demand Center, w mieście Lancaster w Wielkiej Brytanii.

Lucas, Adam. Wind, Water, Work: Ancient and Medieval Milling Technology. Vol. 8. Brill, 2006. ↩︎ ↩︎ ↩︎
Hills, Richard Leslie. Power from wind: a history of windmill technology. Cambridge University Press, 1996. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Paine, Lincoln. The sea and civilization: a maritime history of the world. Atlantic Books Ltd, 2014. ↩︎ ↩︎
Reynolds, Terry S. Stronger than a hundred men: a history of the vertical water wheel. Vol. 7. JHU Press, 2002. ↩︎ ↩︎
Jedna z pierwszych zapór wodnych postawiona do produkcji energii, była zapora Cento we Włoszech. Ukończone w 1450 roku, miała 71 metrów długości i 6 metrów wysokości. Do XVIII wieku, największe zapory osiągały długość 260 metrów, 25 m wysokości, odchodziło od nich wiele kanałów zasilających koła wodne. [2] ↩︎
Chociaż wiatraki posiadały szereg mechanizmów pozwalających dostosowywać ich pracę do nagłych zmian prędkości i kierunku wiatru, to energia wiatrowa nie mogła liczyć na pomoc magazynów energii – tak jak zapory służyły energii wodnej. ↩︎
To wyjaśnia dlaczego wiatraki były tak istotne w regionach o suchym klimacie, w płaskich regionach, albo wyjątkowo zimnych, w których nie było wystarczających zasobów energii wodnej. W krajach, w których zasoby energii wodnej były wystarczające, wiatraki pojawiły się dopiero wtedy, kiedy rosnące zapotrzebowania na energię mogło zastopować rozwój gospodarczy. W takich wypadkach energia wiatrowa zyskiwała na wartości, ponieważ najlepsze miejsca do postawienia zapór i kół wodnych zostały już wykorzystane. ↩︎
Młyny pływowe, były podobnie skonstruowane jak koła wodne, jednak można było na nich lepiej polegać, ponieważ morze jest mniej (od rzek) narażone na wyschnięcie, zamarznięcie albo zmianę poziomu wody. ↩︎
Sieferle, Rolf Peter, and Michael P. Osman. The subterranean forest: energy systems and the industrial revolution. Cambridge: White Horse Press, 2001. ↩︎
Freese, Stanley. Windmills and millwrighting. Cambridge University Press, 1957 ↩︎
Wailes, Rex. The English windmill. London, Routledge & K. Paul, 1954 ↩︎ ↩︎
Globalny układ wiatrów składa się z regionalnych układów, takich jak np. morskie i lądowe bryzy. Północny Ocean Indyjski ma wiatry monsunowe, które odwracają swój kierunek co pół roku. Od czerwca do listopada wieją z południowego zachodu, a od grudnia do maja z północnego wschodu. Handel morski na Oceanie Indyjskim rozpoczął się wcześniej niż gdziekolwiek indziej na świecie i był całkowicie zależny od sezonowych zmian w układzie wiatrów. ↩︎
Jenkins, H. L. C. “Ocean passages for the world.” The Royal Navy, Somerset (1973). ↩︎ ↩︎
Młynarze musieli zawsze pozostawać w pogotowiu, żeby utrzymać odpowiedni odstęp między żarnami kiedy wiatr był wzburzony, a w czasach przed regulatorami odśrodkowymi musieli robić to ręcznie. Młynarz musiał bacznie obserwować wiatr, żeby ocenić prawidłowo ile żagla ma rozwinąć na skrzydłach, oraz musiał być gotów, aby w razie potrzeby zatrzymać wiatrak, i albo zwinąć, albo rozwinąć więcej płótna, ponieważ nie znano jeszcze wtedy żagli patentowych. Przed pojawieniem się ogonów w wiatrakach, młynarz musiał śledzić kierunek wiatru, żeby móc nacelować środek wirnika dokładnie na wiatr. [11] ↩︎
Oprócz elektryczności Rewolucja Przemysłowa zaowocowała też m. in skompresowanym powietrzem, wysokociśnieniową hydrauliką, i usprawnionym przekazywaniem mocy mechanicznej, a to może być, w wielu zastosowaniach, dobrą alternatywą dla prądu. ↩︎
Podobnego rozróżnienia dokonano w dawnych czasach. Np. do przędzenie wymagana była stała prędkość obrotowa, żeby motki i zębatki się nie kołysały, co prowadziłoby do powstania przędzy nierównomiernej grubości. [3] Z tego powodu, tkactwo i przędzalnictwo zostało zmechanizowane tylko dzięki energii wodnej (później silnika parowego, przyp. tłum.) ponieważ, dzięki możliwości magazynowania energii możliwe było zagwarantowania materiału o stałej jakości. Energia wiatrowa nie sprawdzała się także w takich dziedzinach jak np. produkcja papieru, transport urobku w kopalniach czy zasilanie miechów hutniczych. ↩︎
Bardzo krótko-terminowe magazynowanie energii jest wymagane dla wielu mechanicznych procesów produkcyjnych opartych na nieciągłych źródłach energii, żeby wyrównać małe i nagłe zmiany w dostawie mocy. Takie systemy (np. koła zamachowe, przyp. tłum) były znane już w czasach przedprzemysłowych. ↩︎
Leighly, J. (ed) (1963) The Physical Geography of the Sea and its Meteorology by Matthew Fontaine Maury, 8th Edition, Cambridge, MA: Belknap Press. Cited by Knowles, R.D. (2006) “Transport shaping space: the differential collapse of time/space”, Journal of Transport Geography, 14(6), pp. 407-425. ↩︎ ↩︎
“Nasi rywale odrzucili napęd na pedały, ponieważ przestraszyli się radykalnej zmiany”, powiedział konstruktor Team New Zealand gazecie The Telegraph, May 24, 2017. ↩︎

Jak (Nie) Zasilać Nowoczesnego Świata Wyłącznie Słońcem i Wiatrem

Wed, 13 Sep 2017 00:00:00 +0000

Zdjęcie: [Oko Wiatru](https://www.eyeofthewind.net/en/)

Chociaż potencjał wiatru i słońca, do zapewniania wystarczającej ilości energii elektrycznej społeczeństwom ery przemysłowej jest więcej niż wystarczający, to niestety źródła te nie są dostępne cały czas. Żeby móc zaspokoić ciągły popyt na energię elektryczną, sieć elektryczna energii odnawialnej musi mieć około dziesięciokrotny zapas mocy i możliwości przesyłowej. Wymaga również równoważenia niedoborów produkcji przez pracę elektrowni konwencjonalnych lub systemem magazynowania energii.

Z tych powodów, próby zapewniania energii z OZE zaspokajającej nieustający popyt jest skomplikowanym, powolnym, drogim i niezrównoważonym przedsięwzięciem. Jednak, jeśli postaralibyśmy się dostosować nasze zapotrzebowanie do zmiennego i nieciągłego charakteru energii wiatrowej i słonecznej to „zielona” infrastruktura energetyczna, którą od dekad konstruujemy, miałaby więcej sensu. Wykorzystywanie wiatru i słońca tylko wtedy, kiedy są one dostępne jest tradycyjnym podejściem, od którego my współcześni możemy się wiele nauczyć.

100% Odnawialnej Energii

Szeroko rozpowszechniona jest wiara w to, że w przyszłości OZE zakończą uzależnienie nowoczesnych społeczeństw od paliw kopalnych. Często przytacza się fakt, że energii słońca i wiatru jest wystarczająco dużo, aby zasilić globalną cywilizacje przemysłową, nawet jeśli miałaby urosnąć jeszcze kilkukrotnie.

Na przykład w Europie możliwy do wykorzystanie potencjał energii wiatrowej, zarówno morskiej i lądowej, szacuje się na 30.000 TWh/rok, czyli dziesięć razy więcej niż obecne zużycie prądu. ¹ W USA ten potencjał szacuje się na 400.000 TWh/rok, czyli 100 razy więcej niż aktualne zapotrzebowanie. ²

Chociaż te stwierdzenie są teoretycznie prawdziwe, to w praktyce jest to bardziej skomplikowane. Jest tak, ponieważ szacunki te bazują na średniej rocznej produkcji energii odnawialnej, a nie biorą pod uwagę wysokiej zmienności i niepewności, którą charakteryzuje się energia słońca i wiatru.

Uśredniona roczna produkcja energii odnawialnej ukrywa zmienny i niepewny charakter energii słonecznej i wiatrowej.

Zapotrzebowanie i podaż energii elektrycznej muszą być zawsze dopasowane, co jest stosunkowo łatwe do osiągnięcia w przypadku elektrowni, które można dowolnie włączać i wyłączać. Jednak moc turbin wiatrowych i paneli słonecznych jest całkowicie zależna od kaprysów pogody.

Jeśli chcemy dowiedzieć się czy można nowoczesne gospodarki zasilać wyłącznie słońcem i wiatrem, musimy porównać ze sobą popyt na energię i produkcję energii wiatrowej i słonecznej, synchronizując te trzy wartości w czasie. ³⁴⁵ Jeśli to zrobimy (patrz wykres poniżej) to stanie się jasne, że produkcja energii odnawialnej słabo pokrywa się z zapotrzebowaniem.

Wykres: Wizualizacja 30 dni gdzie zostały nałożone na siebie dane zapotrzebowania na energię (czerwony), produkcji energii wiatrowej (niebieski) i poziomu nasłonecznienia (żółty). Wartości średnie są reprezentowane przez podkoloryzowane czarne linie. Dane pobrane z Boneville Power Administration, kwiecień 2010. Źródło: [^21]

Nieciągłość Energii Słońca

Energię słoneczną określa się jako jednocześnie przewidywalną i nieprzewidywalną. Jej przewidywalność wynika z dziennych i sezonowych cyklów, które są następstwem dobrze poznanego i (prawie) niezmiennego ruchu słońca po niebie. ⁶⁷

Kiedy słońce jest nisko nad ziemią, jego promienie muszą przebić większą masę powietrza co osłabia ich energię (w części absorbowaną przez cząsteczki atmosfery). W tym wypadku, promienie padają również na większą powierzchnię poziomą (poziomą do powierzchni ziemi, przyp. tłum.) obniżając ilość energii na jednostkę powierzchni płaskiej.

Moc szczytową słońce osiąga w południe latem. Kiedy znajduje się 60º ponad horyzontem, nadal świeci na poziome powierzchnie z 87% swojej maksymalnej intensywności. Jednak w miarę zmniejszania się kąta słonecznego stopień radiacji szybko spada osiągając wartość 25% z maksimum przy 15º nad horyzontem.

Kąt uniesienia/elewacji słońca, który zmienia się na przestrzeni roku, wpływa na dzienną ilość godzin słońca. Kiedy słońce jest nisko nad horyzontem (zimą na półkuli północnej) ilość energii słonecznej docierającej za dnia na powierzchnie Ziemi spada. Na koniec dodajmy, że łatwo przewidzieć, że w nocy nie możemy liczyć na promienie słońca.

Zdjęcie: Średnie zachmurzenie w latach 2002 – 2015. Źródło: [NASA](https://earthobservatory.nasa.gov/IOTD/view.php?id=85843&eocn=image&eoci=related_image)

Chociaż łatwo nam obliczyć ilość możliwej do pozyskania energii słonecznej w prawie każdej godzinie roku, to nie możemy być jednak pewni ile rzeczywiście dostaniemy energii, ponieważ całą sprawę komplikują chmury. Chmury rozpraszają i pochłaniają promieniowania słoneczne, obniżając jego wartość docierającą do powierzchni Ziemi. Przy nieznacznym zachmurzeniu uzyskamy 80% maksymalnego promieniowania, jednak jeśli pojawią się gęste, ciężkie chmury ta wartość spadnie do 15%. ⁸⁹¹⁰

Ponieważ systemy fotowoltaiczne nie mają, ani mechanicznej, ani termicznej bezwładności, reagują bardzo szybko i drastycznie na zmiany zachmurzenia. Np. pod zmiennym zachmurzeniem, moc wyjściowa wielomegawatowej elektrowni fotowoltaicznej na Południowym Zachodzie USA, przeżywa zmiany w produkcji na poziomie 50% w przeciągu zaledwie 30 do 90 sekund i zmienności rzędu 70% w przedziale od 5 do 10 minut.* ⁶

W Londynie, jeden panel słoneczny wytwarza 65 razy mniej energii w mocno zachmurzony dzień 10 grudnia, niż w słoneczne południe czerwca.

*Komentarz tłumacza: Kolejnym czynnikiem, który podnosi nieprzewidywalność produkcji energii słonecznej jest zapylenie. Drobiny pyłów osiadające na powierzchni paneli fotowoltaicznych mogą obniżyć ich sprawność nawet o kilkadziesiąt procent. ¹¹ Energię związaną z potrzebą okresowego mycia paneli, można uznać za dodatkowy czynnik wpływający na ogólną sprawność fotowoltaiki.

Połączenie cech przewidywalności i nieprzewidywalności energii słonecznej sprawia, że moc wyjściowa instalacji solarnych może ulegać dramatycznym wahaniom w czasie. W Phoenix w stanie Arizona, najbardziej słonecznym regionie Stanów Zjednoczonych, panele słoneczne produkują średnio 2.7 raza mniej energii w grudniu niż w czerwcu. Jeśli weźmiemy jedno słoneczne południe w czerwcu i porównamy je do silnie zachmurzonego dnia 10 grudnia, to różnica w wytworzonej mocy dobowej będzie różniła się dwudziestokrotnie. ¹²

W Londynie, który nie jest najlepszym miejscem na instalacje fotowoltaiczne, jeden panel słoneczny wytwarza 10 razy mniej energii dziennie w grudniu niż w czerwcu. Podczas mocno zachmurzonego dnia 10 grudnia, panel zbierze 65 razy mniej energii, niż w słoneczne czerwcowe południe. ⁸⁹

Nieciągłość Energii Wiatru

W porównaniu z energią słoneczną, zmienność wiatru jest jeszcze większa. Chociaż energię wiatru możemy pozyskiwać zarówno w dzień jak i w nocy, to jest bardziej nieprzewidywalna i trudniej na niej polegać. Za dnia zawsze możemy liczyć na odrobinę słońca, jednak wiatr może nie wiać przez długie dni, a nawet tygodnie. Co więcej, zdarza się że wiatr jest za silny i wtedy trzeba wyłączyć turbiny, żeby uniknąć ich uszkodzenia.

W zależności od położenia, nowoczesna farma wiatrowa (na lądzie, przyp. tłum.) osiąga roczny współczynnik wykorzystania mocy średnio na poziomie od 10 do 45%*. Można powiedzieć, że jest to z grubsza dwa razy więcej niż roczny współczynnik wykorzystania mocy przez instalację fotowoltaiczną (5-30%). ⁶¹³¹⁴¹⁵ W praktyce, turbina wiatrowa może pracować w każdej chwili z mocą sięgającą od 0 do 100% mocy maksymalnej.

Współczynnik wykorzystania mocy jest to stosunek pomiędzy mocą jaką w danym czasie wytwarza turbina wiatrowa, a mocą maksymalną jaką mogłaby wytworzyć. Jeśli turbina pracowałaby bez przerwy z mocą maksymalną to współczynnik wyniesie 100%. Jeśli z różnych powodów turbina nie pracuje, albo pracuje z niższą mocą, to wartość współczynnika spada, przyp. tłum.

Wykres godzinowej produkcji mocy farmy wiatrowej w Kalifornii w czasie 29 dni. Źródło: [^6]

Dla wielu lokacji dostępne są jedynie uśrednione prędkości wiatru. Popatrzmy na wykres powyżej, który pokazuje wartość produkowanej energii przez jedną 600 MW farmę wiatrową w Kalifornii. Widać na nim wykresy produkcji mocy. Krzywe to dni (w sumie 29 dni) dla których podano wartości produkcji mocy w każdej godzinie dnia. Można zauważyć, że każdego dnia, w każdej godzinie, produkcja energii elektrycznej może wahać się od 0 do 600 MW. ⁶

Nawet niewielkie zmiany prędkości wiatru mają duży wpływ na produkcję energii elektrycznej: jeśli prędkość wiatru spadnie o połowę, to produkcja energii zmniejszy się ośmiokrotnie. ¹⁶ Zasoby energii wiatrowej również mogą podlegać fluktuacji. W Niemczech, Danii i Holandii można zaobserwować zmienność pomiędzy kolejnymi latami dochodzącą do 30%. ¹ Roczne różnice w zasobach energii słonecznej również mogą być znaczące. ¹⁷¹⁸

Jak Dopasować Podaż Do Popytu?

Do pewnego stopnia energie wiatru i słońca nawzajem się uzupełniają. Na przykład, zimą wiatr wieje z reguły z dwa razy większą siłą, a słońca w tym czasie jest mniej. ¹⁹ Miejmy cały czas na uwadze, że odnosi się to jedynie do uśrednionych wartości. Zawsze istnieje ryzyko, że w danym momencie nie będzie ani wiał wiatr, ani nie będzie świeciło słońce, i wtedy zabraknie prądu.

Zapotrzebowanie na prąd również zmienia się sezonowo i dobowo, lecz wahania te są łatwiej przewidywalne i mniej drastyczne. Szczyt zapotrzebowania przypada na wieczór, a najmniej prądu zużywamy w nocy. Jednak pamiętajmy, że nawet w nocy pobór prądu wynosi ok. 60% maksimum.

Zawsze istnieje ryzyko, że w danym momencie nie będzie ani wiał wiatr, ani nie będzie świeciło słońce, i wtedy zabraknie prądu.

Jeśli dostępną moc źródeł odnawialnych będziemy obliczać na podstawie średniej rocznej produkcji energii wiatrowej i słonecznej, i na tej podstawie stwierdzimy czy zaspokoi ona nasz średni roczny popyt na prąd elektryczny, to możemy się spodziewać ciągłych braków w dostawie prądu. Jeśli chcemy być pewni, że podaż prądu zawsze zaspokoi popyt, musimy inaczej podejść do naszych szacunków i opracować nowe, skuteczniejsze strategie.

Pierwsze, co możemy zrobić to zbudować zapasową moc energetyczną opartą na zawsze dyspozycyjnych i szybkich w rozruchu elektrowniach na paliwa kopalne (elektrowniach gazowych), które włączymy kiedy nie starczy energii odnawialnej. Drugą możliwością jest przeskalowanie mocy energii odnawialnej, tak żeby mogła starczyć nawet w najmniej sprzyjających warunkach pogodowych. Trzecią opcją jest połączenie odległych i rozproszonych geograficznie farm wiatrowych i solarnych, żeby „wygładzić” wahania w produkcji energii. Czwartym wyjściem, mogłoby być magazynowania wystarczającej ilości energii w czasie, kiedy zasoby wiatru i słońca są słabe lub znikają.

Niestety, wszystkie te pomysły mają wspólną słabą stronę. Jeśli będziemy próbować zastosować je w skali, wystarczająco dużej do zasilenie współczesnych gospodarek ery przemysłowej, to zadanie jakie mają spełnić, czyli zredukować emisję dwutlenku węgla, nie zostanie wykonane. Nawet jeśli połączymy już istniejące instalacje z nowymi, to budowa i utrzymanie kolejnej gigantycznej infrastruktury będzie tak emisyjna jak obecna sieć energetyczna (co wynika z analiz cyklu życiowego instalacji energii wiatrowych i słonecznych).

Strategia Nr 1: Zapasowe Elektrownie

Względnie niewielki, jak do tej pory (patrząc na całość produkcji energii) przyrost mocy OZE trafiającej do sieci, został zrównoważony przez szereg dyspozycyjnych źródeł energii elektrycznej - przede wszystkim elektrowniami gazowymi. Chociaż to podejście w całości „rozwiązuje” problem nieciągłości produkcji energii, to jednocześnie stworzyło paradoks, ponieważ clue przejścia na energię odnawialną jest niezależność od paliw kopalnych, od gazu także. ²⁰

Większość opracowań naukowych zgłębiających ten temat, skupia się na Europie która najambitniej podchodzi do energii odnawialnej. Zrównoważenie produkcji energii odnawialnej w scenariuszu zakładającym, że sieć elektryczna jest 100% oparta na OZE, bez zdolności magazynowania energii, za to z połączonymi ze sobą sieciami krajowymi, wymaga utrzymania zapasowych elektrowni na paliwa kopalne o mocy równej szczytowemu zapotrzebowaniu na prąd elektryczny. ¹³ Innymi słowy, źródeł energii nie-odnawialnej w tym wypadku będzie co najmniej tyle samo co dzisiaj.

Wszystkie elektrownie w USA. [Wizualizacja wykonana przez The Washington Post](https://www.washingtonpost.com/graphics/national/power-plants/?utm_term=.5a41d6c60a94)

Taka hybrydowa sieć elektryczna obniży zużycie paliw kopalnych na rzecz produkcji prądu, ponieważ jeśli wiatru i słońca będzie wystarczająca dużo, to źródła odnawialne mogą pracować i odciążać elektrownie konwencjonalne. Jednakże, należy zainwestować ogromne ilości energii i materiałów, żeby tak naprawdę zdublować już istniejącą infrastrukturę. Energię, którą zaoszczędzimy na paliwach kopalnych zużyjemy do wytworzenia, instalacji i podłączenie milionów ogniw fotowoltaicznych i turbin wiatrowych.*

*Będzie się to wiązało z emisją CO2 do atmosfery ponieważ produkcja turbin wiatrowych (w mniejszym stopniu ogniw fotowoltaicznych) i sieci przesyłowych jest prawie w całości uzależniona od procesów przemysłowych spalających paliwa kopalne. W tym momencie nie istnieją skuteczne alternatywy elektryfikacji, kluczowych dla budowy OZE procesów przemysłowych takich jak np. wytop stali, wypalania wapna na cement, produkcja szkła. przyp. tłum. ²¹

Strategia nr 2: Przeskalować Produkcję Energii Odnawialnej

Innym sposobem na uniknięcie niedoborów energii, jest instalacja większej liczby paneli słonecznych i turbin wiatrowych. Jeśli moc energii solarnej zostania dostosowana do zapotrzebowania w najkrótsze i najciemniejsze zimowe dni, a moc turbin wiatrowych dostosowana do najniższych prędkości wiatru, to możemy uniknąć ryzyka niedoborów prądu. Jednak, oczywistą wadę tego podejścia będzie nadpodaż energii przez większość część roku.

W momencie kiedy mamy do czynienia z nadpodażą energii, produkcję energii wiatrowej i słonecznej ogranicza się w celu uniknięcia ryzyka przeładowania sieci. Niestety, ta praktyka jest problematyczna, ponieważ ma negatywny wpływ na stopień zrównoważenia sieci energii odnawialnej jako całości. Zmniejsza ona ilość energii elektrycznej jaką przez swoje życie wygeneruje panel słoneczny czy turbina wiatrowa, niemniej jednak energia potrzebna na wytworzenie, instalację, podłączenie, utrzymanie i wycofanie z eksploatacji elementów sieci, pozostaje stała. Konsekwencją tego jest spadek współczynnika wykorzystania mocy i spadek EROI* OZE. ²²

(*nota od tłumacza: EROI, ang. Energy Returned on Energy Invested. Jest to stosunek pomiędzy tym, ile energii uzyskaliśmy z danego źródła, a tym ile energii zainwestowaliśmy w jego pozyskanie. Jeśli np. zainwestujemy jedną baryłkę ropy naftowej i wydobędziemy dzięki niej 100 kolejnych baryłek to EROI wydobytej baryłko wyniesie 100. Jeśli zainwestujemy jedną baryłkę ropy naftowej, żeby uzyskać jedną baryłkę biopaliw (jest to ogólnie przyjęta i potwierdzona średnia wartość dla biopaliw) to EROI biopaliwa wyniesie 1. Najbardziej poszukiwane są źródła energii o wysokiej wartości EROI (na dzień dzisiejszy to konwencjonalne rodzaje paliw kopalnych), ponieważ charakteryzują się wysokim „zwrotem energetycznym” i uwalniają dla społeczeństwa energię na inne potrzeby niż samo wytwarzanie energii, przyp. tłum.)

Instalacja większej liczby paneli słonecznych i turbin wiatrowych pozwala uniknąć niedoborów prądu ale powoduje także nadwyżki produkcji.

Ze wzrostem udziału słońca i wiatru w miksie energetycznym, stopień ograniczania rośnie spektakularnie, ponieważ zależność nadprodukcji energii odnawialnej od jej udziału w miksie rośnie wykładniczo. Naukowcy obliczyli, że jeśli europejska sieć energetyczna będzie w 60% zasilana ze źródeł odnawialnych, to zapas mocy energii słonecznej i wiatrowej będzie musiał zdublować szczytowe zapotrzebowanie na elektryczność, co spowoduje pojawienie się 300 TWh nadwyżki prądu rocznie (mniej więcej 10% rocznego zużycia elektryczności w Europie).

Jeśli źródła odnawialne osiągną 80% parytetu energetycznego, zapas mocy będzie musiał sześciokrotnie przewyższyć szczytowy pobór z sieci, a nadwyżka energii wyniesie 60% rocznej konsumpcji elektryczności w Unii Europejskiej. Jeśli kiedyś wielkoskalowe OZEj osiągną 100% parytetu energetycznego, to ich zapas mocy będzie musiał być 10 razy większy niż szczytowe zapotrzebowanie, a roczna nadwyżka w produkcji przekroczy roczne zapotrzebowanie w UE. ²³²⁴²⁵

Będzie to oznaczało potrzebę wyprodukowania, aż do dziesięciu razy więcej turbin wiatrowych i paneli fotowoltaicznych. Energia jaka zostanie zużyta w tym procesie sprawi, że transformacja energetyczna na OZE okaże się daremnym przedsięwzięciem, ponieważ czas zwrotu energetycznego paneli i turbin wzrośnie sześcio-, dziesięciokrotnie.

W sieci energetycznej w 80% opartej na źródłach odnawialnych, energia zużyta na produkcję paneli fotowoltaicznych zwróci się po, od 12 do 24 latach, a w sieci w 100% zasilanej wiatrem i słońcem, po 20 do 40 latach. Ponieważ średnia żywotność paneli fotowoltaicznych wynosi około 30 lat, to może okazać się, że ogniwo fotowoltaiczne nie zdąży za swojego życia wyprodukować energii równej, tej zużytej na jego produkcję. Turbiny wiatrowe pozostaną, w obu przypadkach, producentami energii netto, ponieważ ich czas zwrotu energetycznego jest krótszy, jednakże ich przewaga nad paliwami kopalnymi zmaleje. ²⁶

Strategia Nr 3: Supersieć

Zmienność produkcji energii wiatrowej i słonecznej można ograniczyć przez łączenie, na dużych obszarach geograficznych, różnych elektrowni odnawialnych. Np. stamtąd gdzie w danym momencie mocno wieje i mamy nadwyżkę w produkcji energii wiatrowej, możemy przesłać elektryczność do regionów gdzie panuje cisza wiatrowa. ²⁰

Łączenie pozwala również na mieszanie ze sobą różnych technologii charakteryzujących się zmiennością, takich jak np. energia fal i pływów. ³ Co więcej, łącząc ze sobą regionalne sieci energetyczne można lepiej wykorzystać zapasowe elektrownie na paliwa kopalne.

Mapa wiatrów na obszarze Europy, 2 września 2017, godz. 23:48. Źródło: [Windy](https://www.windy.com/)

Chociaż dzisiejsze sieci energetyczne w Europie i USA pokrywają wystarczająco duże obszary, to ich infrastruktura nie jest na tyle mocna (w sensie możliwości przesyłowej, przyp. tłum.), żeby pozwolić na włączanie do niej nowych, licznych OZE. Rozwiązaniem tego problemu byłaby potężna sieć wysokiego napięcie prądu stałego (współczesna sieć przesyła prąd zmienny, przyp. tłum.). Plany budowy takich „supersieci” są podstawową wielu ambitnych strategii osiągnięcie 100% parytetu energii odnawialnej, szczególnie w Europie. ²⁷ Podobnie jak w scenariuszu nr 2, problem jest taki, że należy pociągnąć nowe linie transmisyjne na bardzo długich dystansach. ²⁰

Dla europejskiej sieci energetycznej opartej w 60% na energii odnawialnej (optymalny miks energii słońca i wiatru), pojemność sieci musiałaby wzrosnąć co najmniej siedmiokrotnie. Jeśli poszczególne kraje zlekceważyłyby obawy dotyczące narodowego bezpieczeństwa energetycznego, a moc rezerwowa byłaby równomiernie rozłożona po całym kontynencie, to wystarczyłoby aby wzrost zdolności przesyłowej sieci powiększył się tylko trzykrotnie. Dla Europejskiej sieci w 100% opartej na OZE, pojemność sieci musiałaby być dwanaście razy większa niż dzisiaj. ²³²⁸²⁹

Nawet w Wielkiej Brytanii, która może się pochwalić najlepszymi zasobami energii odnawialnej, przejście na połączone siły energii wiatru, słońca, fal morskich i pływów, spowoduje przerwy w dostawie prądu 65 dni w roku.

Wynikają z tego trzy problemy. Po pierwsze, budowa infrastruktury wież i ich fundamentów, linii przesyłowych, stacji transformatorowych, rozdzielni itd. wymaga ogromnej ilości energii i materiałów. Musi to zostać wzięte pod uwagę przy opracowywaniu analiz cyklu życiowego sieci energii odnawialnej. Przeskalowana moc OZE, wymaga przeskalowanej infrastruktury przesyłowej, które będzie bezczynna przez większość czasu. To spowoduje znaczący spadek współczynnika pojemności linii przesyłowej (czyli stosunku pomiędzy możliwością przesyłową linii, a mocą w danym momencie przesyłaną, przyp. tłum.).

Po drugie, przesył energii elektrycznej po liniach zawsze odbywa się ze stratą, co znaczy że więcej turbin i paneli będzie musiało zostać zamontowanych, żeby zrekompensować te straty (straty na liniach przesyłowych wysokiego napięcie wynoszą średnio kilkanaście procent, przyp. tłum.). Po trzecie, jeśli budowa nowych linii przesyłowych zostanie rozpoczęta, to ich budowa może zająć nawet dziesięć lat. ²²²⁷ Nie będzie to jedynie wynikiem biurokratycznej obstrukcji, ale również oporu lokalnych mieszkańców, którzy boją się, lub nie chcą, nowych linii. Dzisiaj jest to jedną głównych przeszkód w rozwoju OZE.

Co więcej, powstanie „supersieci” nie eliminuje całkowicie ryzyka wystąpienie dni niskiej produkcji energii na dużym obszarze Europy. Jeśli parytet energii odnawialnej sięgnie 100%, a pojemność sieci wzrośnie 12 razy, to potrzeba zrównoważenia produkcji elektrowniami na paliwa kopalne spadnie do 15% całkowitego rocznego zapotrzebowania na energię. To jest maksimum korzyści jakie może dać łączenie ze sobą krajowych sieci w Europie. ³⁰

Nawet w Wielkiej Brytanii, która może się pochwalić najlepszymi zasobami energii odnawialnej, przejście na połączone siły energii wiatru, słońca, fal morskich i pływów, spowoduje przerwy w dostawie przez 18% czasu w skali roku (około 65 dni). ³¹³²³³

Strategia Nr 4: Magazynowanie Energii

Ostatnią strategią jakiej się przyjrzymy jest magazynowanie nadwyżki energii i jej wykorzystanie, kiedy produkcja ze źródeł odnawialnych słabnie. Dzięki magazynowaniu energii unikamy wymuszonego ograniczenia produkcji i jest to jedyna strategia, oparta na gospodarowaniu zasobami a nie na produkcji energii, która może sprawić że zapasowe elektrownie konwencjonalne staną się zbędne. W praktyce magazynowanie energii odnawialnej napotyka szereg problemów.

Zacznijmy od tego, że chociaż odpada nam potrzeba budowy i utrzymania zapasowej infrastruktury paliw kopalnych, to korzyści wynikające z tego faktu są negowane przez potrzebę budowy i utrzymania infrastruktury magazynowania energii odnawialnej. Po drugie, ładowanie i rozładowywanie wszystkich nośników energii wiąże się ze stratami energii, przez co konieczne będzie zainstalowanie dodatkowej mocy OZE, aby zrekompensować te straty.

[Żywa mapa wiatrów w USA](http://hint.fm/wind/)

Po trzecie, projektując „supersieć” musimy wziąć to pod uwagę budowę i utrzymanie infrastruktury magazynowania energii odnawialnej (oraz dodatkowych turbin i paneli), co wymaga zużycia energii i materiałów. Analogicznie nie możemy o tym zapomnieć pisząc analizy cykli życiowych sieci energii odnawialnych wykorzystujących magazynowanie energii. Badania pokazuję, że w praktyce lepiej będzie (ze względu na zagospodarowanie energii) ograniczyć produkcję energii odnawialnej wiatru niż ją magazynować, ponieważ ilość energii potrzebnej na postawienie infrastruktury magazynowania i jej pracy (razem ze stratami ładowania-rozładowania) przewyższa ilość energii traconą w wyniku wymuszonego ograniczania. ²⁵

Jeśli postawimy na samochody elektryczne, jako magazyn nadwyżek energii odnawialnej, to ich baterie trzeba będzie powiększyć 60 razy.

Obliczono, że dla europejskiej sieci energetycznej w 100% opartej na energii odnawialnej (670 GW energii wiatrowej i 810 GW energii słonecznej) bez żadnych zapasowych elektrowni konwencjonalnych, pojemność magazynów energii powinna być półtora raza większa niż średnie miesięczne obciążenie sieci i być w stanie pomieścić do 400 TWh energii, nie licząc strat ładowania i rozładowywania. ³⁴³⁵³⁶

Żeby wyobrazić sobie co znaczy 400 TWh pojemności przyjrzyjmy się następującym liczbom: najbardziej optymistyczne obliczenia potencjału elektrowni hydro-pompowych w Europie wynoszą 80 TWh, ³⁷ a zamiana wszystkich 250 milionów samochodów osobowych na kontynencie na auta elektryczne z baterią pojemności 30 kWh, da nam łącznie 7.5 TWh. Innymi słowy, jeśli postawimy na samochody elektryczne, jako magazyn nadwyżek energii odnawialnej, to ich baterie trzeba będzie powiększyć 60 razy (albo zwiększyć liczbę aut do 15 miliardów, przyp. tłum.), przymykając oczy na fakt, że pojawienie się elektryków znacząco zwiększy pobór energii z sieci.

Jeśli do powyższych obliczeń dołączymy 85% sprawność ładowania-rozładowania baterii samochodowych, to wyprodukowanie baterii litowo-jonowych o pojemności 460 TWh (400 TWh razy 1.15) będzie wymagało zużycia 644 milionów teradżuli energii pierwotnej, czyli piętnaście razy więcej niż roczne zużycie energii pierwotnej w Europie. ³⁸ Tę operacje będziemy musieli powtarzać minimum co dwadzieścia lat, czyli tyle ile najdłużej działają najlepsze baterie litowo-jonowe. Istnieje wiele innych technologii magazynowania nadwyżki energii odnawialnej, niestety każda z nich ma swoje własne specyficzne wady, które sprawiają że zastosowane ich na większą skalę staje się problematyczne. ³⁹ ⁴⁰

Dopasowywanie Podaży Do Popytu = Budowa Większej Niż Potrzeba Infrastruktury

Podsumowując. Szacowanie czasu zwrotu energetycznego tylko dla pojedynczych paneli słonecznych, czy turbin wiatrowych, ogromnie zawyża stopień zrównoważenia sieci energii odnawialnej. Jeśli chcemy, żeby cały czas podaż zaspokajała popyt, to musimy liczyć się z tym, że trzeba będzie przeskalować moc OZE i możliwości linii przesyłowych. Musimy również pamiętać o energii potrzebnej do wybudowania infrastruktury magazynowania energii lub zapasowych elektrowni. Przeskalowanie systemu zwiększa również koszta inwestycji i wydłuża czas transformacji energetycznej.

Szacowania czasu zwrotu energetycznego tylko dla pojedynczych paneli słonecznych czy turbin wiatrowych ogromnie zawyża poziom zrównoważenia sieci energii odnawialnej.

Połączenie różnych strategii jest podejściem bardziej synergistycznym, poprawiającym stopień zrównoważenia sieci energii odnawialnej, jednak korzyści jakie z niego wynikają nie rozwiązują fundamentalnego problemu. ³⁵⁴¹⁴²

Budowa paneli słonecznych, turbin wiatrowych, linii przesyłowych, równoważenie niedoborów produkcji i magazynowanie energii z użyciem energii odnawialnej zamiast paliw kopalnych, również nie rozwiązuje tego problemu, ponieważ także zakłada budowę nowej infrastruktury. Musielibyśmy wybudować dodatkową infrastrukturę OZE, żeby wybudować infrastrukturę OZE.

Dostosowując Popyt Do Podaży

Powyższa krytyka przedstawionych strategii nie dowodzi, ze sieć elektryczna oparta w całości na źródłach odnawialnych jest niemożliwa. Jest jeszcze piąta strategia, która nie próbuje dostosować podaży do popytu, ale stawia sobie za cel dostosować popyt do podaży. W takim scenariuszu, energia odnawialna będzie wykorzystywana tylko wtedy, kiedy jest dostępna.

Jeśli udałoby się nam dopasować całe zapotrzebowanie energetyczne do zmiennej natury słońca i wiatru, potrzeba rozbudowy sieci, równoważenie niedoborów produkcji czy dodatkowo elektrownie źródeł odnawialnych, nie byłyby potrzebne. Dzięki temu, cała wyprodukowana energia zostałaby wykorzystana, bez strat na przesyle, bez wymuszonych ograniczeń i bez potrzeby magazynowania.

Zdjęcie: Wiatrak w Moulbaix, Belgia, XVII-XVIII wiek. Zdjęcie: [Jean-Pol GrandMont](https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Moulbaix_MV1aJPG.jpg)

Oczywiście, ciągłe i całkowite dostosowywanie popytu do podaży energii odnawialnej jest niemożliwe, ponieważ nie wszystkie czynności wykorzystujące energię mogą być wstrzymywane (np. wytop stali w piecach martenowskich musi trwać dwadzieścia cztery godziny na dobę, siedem dni w tygodniu, inaczej piec zatka się zastygłą surówką, przyp. tłum.). Jednakże, dostosowanie popytu do podaży musi stać się priorytetem, a pozostałe strategie muszą pełnić role jedynie uzupełniające. Jeśli odpuścimy sobie potrzebę dostępu do prądy przez 24 godziny, 365 dni w roku, to uda nam się znacznie szybciej dokonać transformacji energetycznej, wybudować całą potrzebną infrastrukturę niższym kosztem i będzie ona bardziej zrównoważona.

Jeśli tylko udałoby się nam dopasować całe zapotrzebowanie energetyczne do zmiennej natury słońca i wiatru, potrzeba rozbudowy sieci, równoważenie niedoborów produkcji czy dodatkowe elektrownie źródeł odnawialnych, nie byłyby potrzebne.

Nawet małe kroki na rzecz dopasowania popytu do podaży, niosą bardzo pozytywne korzyści. Np. Wielka Brytania, jeśli pogodziłaby się z 65 dniami w roku, kiedy prąd jest w niedoborze, to mogłaby być w 100% zasilana z OZE (słońca, wiatru, fal i pływów) bez potrzeby magazynowania energii, bez wspomagania się w potrzebie elektrowniami gazowymi i węglowymi, i bez konieczności przeskalowania zdolności produkcyjnych.* ³¹

Jeśli dzisiaj, mówi się cokolwiek o zarządzaniu podażą, to ogranicza się to z reguły do tzw. „inteligentnych urządzeń domowych”, takich jak zmywarka czy pralka, które włączą się automatycznie w momencie kiedy energii odnawialnej w sieci będzie pod dostatkiem. Jednak takie pomysły to zaledwie ułamek tego co możliwe. Przed Rewolucją Przemysłową, transport i przemysł były w równym stopniu zależne od zmiennych źródeł energii odnawialnej. Wahania w produkcji energii były prawie w całości rekompensowane dostosowywaniem popytu. Na przykład, wiatraki i łodzie żaglowe działały tylko wtedy kiedy wiał wiatr. W kolejnym artykule, wyjaśnię jak to dawne podejście może zostać z powodzeniem zastosowane w nowoczesnym przemyśle i transporcie towarowym.

*Pamiętajmy, że ten artykuł odnosi się jedynie do produkcji energii elektrycznej na potrzeby sieci elektrycznej. „[…]w całości zasilana ze źródeł odnawialnych[…]” oznacza, że sieć elektryczna w całości przejdzie na OZE. Nie oznacza to, że automatycznie zniknie sieć gazowa czy pojazdy zasilane paliwami kopalnymi, przyp. tłum.

Swart, R. J., et al. „Europe’s onshore and offshore wind energy potential, an assessment of environmental and economic constraints”. No. 6/2009. European Environment Agency, 2009. ↩︎ ↩︎
Lopez, Anthony, et al. „US renewable energy technical potentials: a GIS-based analysis” NREL, 2012. Zobacz również: „Here’s how much of the world would need to be covered in solar panels to power Earth”, Business Insider, Listopad 2015. ↩︎
Hart, Elaine K., Eric D. Stoutenburg, and Mark Z. Jacobson. “The potential of intermittent renewables to meet electric power demand: current methods and emerging analytical techniques.” Proceedings of the IEEE 100.2 (2012): 322-334. ↩︎ ↩︎
Ambec, Stefan, Crampes C. „Electricity production with intermittent sources of energy:. No. 10.07. 313. LERNA, University of Toulouse, 2010. ↩︎
Mulder, F. M. “Implications of diurnal and seasonal variations in renewable energy generation for large scale energy storage.” Journal of Renewable and Sustainable Energy 6.3 (2014): 033105. ↩︎ ↩︎
INITIATIVE, MIT ENERGY. “Managing large-scale penetration of intermittent renewables.” (2012). ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Richard Perez, Mathieu David, Thomas E. Hoff, Mohammad Jamaly, Sergey Kivalov, Jan Kleissl, Philippe Lauret and Marc Perez, “Spatial and temporal variability of solar energy”, Foundations and Trends in Renewable Energy: Vol. 1: No. 1, pp 1-44. 2016 http://dx.doi.org/10.1561/2700000006 ↩︎
„Sun Angle and Insolation”. FTExploring. ↩︎ ↩︎
„Sun position calculator”, Sun Earth Tools. ↩︎ ↩︎
Burgess, Paul. " Variation in light intensity at different latitudes and seasons effects of cloud cover, and the amounts of direct and diffused light." Forres, UK: Continuous Cover Forestry Group. Dostępny online na http://www. ccfg. org. uk/conferences/downloads/P_Burgess.pdf , 2009. ↩︎
Athar H., Ankit B., Rupendra P. „An experimental study on effect of dust on power loss in solar photovoltaic module”. Renewables Wind, Water & Solar wyd. 4, Artykuł numer 9, 2017. ↩︎
Produkcja energii solarnej może zostać zwiększona, szczególnie zimą, przez nachylenie paneli pod kątem 90 stopni do kąta padania promieni słonecznych. Nie wpływa to oczywiście na rozpraszanie promieni słońca przez cząsteczki atmosfery, ani nie zwiększa ilości godzin słońca. Pochylanie paneli jest rozwiązaniem kompromisowym, ponieważ ich zimowe ustawienie nie jest idealne latem i odwrotnie. Rozwiązaniem mogą być moduły śledzenie słońca ustawiające automatycznie panele, lecz wymagają one dodatkowych kosztów i zużywają część energii. ↩︎
Schaber, Katrin, Florian Steinke, and Thomas Hamacher. “Transmission grid extensions for the integration of variable renewable energies in europe: who benefits where?.” Energy Policy 43 (2012): 123-135. ↩︎ ↩︎
„German offshore wind capacity factors”. Energy Numbers, July 2017. ↩︎
„What are the capacity factors of America’s wind farms?”. Carbon Counter, 24 July 2015. ↩︎
Sorensen, Bent. „Renewable Energy: physics, engineering, environmental impacts, economics & planning”; Fourth Edition. Elsevier Ltd, 2010. ↩︎
Jerez, S., et al. “The Impact of the North Atlantic Oscillation on Renewable Energy Resources in Southwestern Europe.” Journal Of Applied Meteorology And Climatology 52.10 (2013): 2204-2225. ↩︎
Eerme, Kalju. “Interannual and intraseasonal variations of the available solar radiation.” Solar Radiation. InTech, 2012. ↩︎
Archer, Cristina L., and Mark Z. Jacobson. “Geographical and seasonal variability of the global practical wind resources.” Applied Geography 45 (2013): 119-130. ↩︎
Rugolo, Jason, and Michael J. Aziz. “Electricity storage for intermittent renewable sources.” Energy & Environmental Science 5.5 (2012): 7151-7160. ↩︎ ↩︎ ↩︎
Heinberg Richard, Fridley David. “Our Renewable Future”. Island Press, 2016. ↩︎
Nawet dzisiaj, przy nieznacznym udziale OZE w energetyce, zdarza się ograniczać produkcję prądu. Wynika to z przeciążeń linii przesyłowych, niedostatecznych zdolności przesyłowych i potrzeby utrzymania elektrowni termalnych (węglowych i atomowych) w minimalnej zdolności operacyjnej. Przeczytaj: Debra Lew et al., “Wind and solar curtailment”, National Renewable Energy Laboratory, 2013. Np. Chiny, na ten moment największy producent energii wiatrowej na świecie, ogranicza około 1/5 produkcji energii wiatrowej. Przeczytaj: Sue-Lin Wong & Charlie Zhu, „Chinese wind earnings under pressure with fifth of farms idle”, Reuters, Maj 17, 2015. ↩︎ ↩︎
Barnhart, Charles J., et al. “The energetic implications of curtailing versus storing solar- and wind-generated electricity.” Energy & Environmental Science 6.10 (2013): 2804-2810. ↩︎ ↩︎
Schaber, Katrin, et al. “Parametric study of variable renewable energy integration in europe: advantages and costs of transmission grid extensions.” Energy Policy 42 (2012): 498-508. ↩︎ ↩︎
Schaber, Katrin, Florian Steinke, and Thomas Hamacher. “Managing temporary oversupply from renewables efficiently: electricity storage versus energy sector coupling in Germany.” International Energy Workshop, Paris. 2013. ↩︎ ↩︎
Podziemne linie przesyłowe mogą po części rozwiązać problem, niestety są sześć razy droższe od linii napowietrznych. ↩︎
Szarka, Joseph, et al., eds. „Learning from wind power: governance, societal and policy perspectives on sustainable energy”. Palgrave Macmillan, 2012. ↩︎ ↩︎
Rodriguez, Rolando A., et al. “Transmission needs across a fully renewable european storage system.” Renewable Energy 63 (2014): 467-476. ↩︎
Co więcej, nowe możliwości przesyłowej są często wymagane do podłączenie nowych instalacji OZE do istniejącej sieci. Farmy słoneczne i wiatrowe należy ustawiać tam gdzie znajdują się zasoby energii odnawialnej, a często są to lokacje znacznie oddalone od miejsc, w których energia ma być konsumowana. ↩︎
Becker, Sarah, et al. “Transmission grid extensions during the build-up of a fully renewable pan-European electricity supply.” Energy 64 (2014): 404-418. ↩︎
Paul Allen et al. „Zero Carbon Britain: Rethinking the Future”. Centre for Alternative Technology, 2013. ↩︎ ↩︎
Energię fal można korelować z energią wiatrową. Tam gdzie nie ma wiatru z reguły nie ma też fal. ↩︎
Nawet budowa „Większych Supersieci”, wykorzystujące jeszcze większe obszary geograficzne, a może całą planetę, mogłaby zlikwidować potrzebę balansowania produkcji. Jednak taka inwestycja byłaby niezwykle kosztowna i zwiększyłaby straty na przesyle. Koszty przesyłu rosną szybciej niż liniowo ze wzrostem długości sieci, ponieważ szczyty produkcji energii muszą zostać przesłane, a będą one rosły razem z powiększeniem się powierzchni z której zbierana jest energia. ⁵ Ta strategia musi się zmierzyć również z wieloma praktycznymi przeszkodami. Np. istnienie „supersieci” zakłada pokojowe relacje pomiędzy krajami i wspólnotę interesów, ale w rzeczywistości jedne podmioty zyskują więcej na połączeniu niż inne. ²⁴ ↩︎
Heide, Dominik, et al. “Seasonal optimal mix of wind and solar power in a future, highly renewable Europe.” Renewable Energy 35.11 (2010): 2483-2489. ↩︎
Rasmussen, Morten Grud, Gorm Bruun Andresen, and Martin Greiner. “Storage and balancing synergies in a fully or highly renewable pan-european system.” Energy Policy 51 (2012): 642-651. ↩︎ ↩︎
Weitemeyer, Stefan, et al. “Integration of renewable energy sources in future power systems: the role of storage.” Renewable Energy 75 (2015): 14-20. ↩︎
Marcos Gimeno-Gutiérrez et al., „Assessment of the European potential for pumped hydropower energy storage”. European Commission, 2013. ↩︎
Obliczenie oparte na danych przedstawionych w artykule: Kris De Decker, „How sustainable is stored sunlight?”. Low-tech Magazine, 2015. ↩︎
Evans, Annette, Vladimir Strezov, and Tim J. Evans. “Assessment of utility energy storage options for increased renewable energy penetration.” Renewable and Sustainable Energy Reviews 16.6 (2012): 4141-4147. ↩︎
Zakeri, Behnam, and Sanna Syri. “Electrical energy storage systems: A comparative life cycle cost analysis.” Renewable and Sustainable Energy Reviews 42 (2015): 569-596. ↩︎
Steinke, Florian, Philipp Wolfrum, and Clemens Hoffmann. “Grid vs. storage in a 100% renewable Europe.” Renewable Energy 50 (2013): 826-832. ↩︎
Heide, Dominik, et al. “Reduced storage and balancing needs in a fully renewable European power system with excess wind and solar power generation.” Renewable Energy 36.9 (2011): 2515-2523. ↩︎