Produkcja energii ze źródeł
odnawialnych w Polsce zaczęła rozwijać się na większą skalę po roku 2005, kiedy
wprowadzono system wsparcia (tzw. zielone
certyfikaty), a jednocześnie szybko rosły cen energii (ponad 2-krotnie w latach
2005-2009). Sektor energetyki wiatrowej, rozwijał się najszybciej (4,1 GW do
roku 2015, co oznacza 50-krotny wzrost w stosunku do 2005 r, podczas gdy w
sektorze biogazu wzrost ten był 6-krotny, a w sektorze biomasy 5-krotny), choć początkowo
inwestowali w nią tylko najodważniejsi przedsiębiorcy niepubliczni, przy
praktycznym braku zainteresowania ze strony dużych państwowych spółek energetyki
zawodowej. Po przyjęciu w grudniu 2008 r pakietu klimatyczno-energetycznego
Unii Europejskiej do roku 2020, przy utrzymujących się wysokich cenach energii
i równoległej waloryzacji opłaty zastępczej, również spółki publiczne uznały,
że warunki do inwestowania w energetykę wiatrową stały się bardziej atrakcyjne,
co zaowocowało utrzymaniem wysokiej dynamiki powstawania nowych mocy
produkcyjnych (średniorocznie około 50% w stosunku do wolumenu bazowego).
W Niemczech energetyka wiatrowa zaczęła
się rozwijać dużo wcześniej, w roku 1991 wprowadzony został pierwszy system
wsparcia i gwarancja dostępu do sieci elektroenergetycznej dla energii
produkowanej z OZE. Wprowadzenie w roku 2000 tzw. taryf gwarantowanych
spowodowało gwałtowny rozwój farm wiatrowych, jako najtańszego wówczas sposobu
pozyskiwania energii ze źródeł odnawialnych. Od tego czasu moc zainstalowana w
energetyce wiatrowej wzrosła z 6 GW w roku 2000 do ponad 41 GW w roku 2015. Jednocześnie
rząd niemiecki inwestował w badania i rozwój, co sprzyjało zwiększaniu
efektywności pracy elektrowni wiatrowych i obniżaniu nakładu inwestycyjnego
niezbędnego dla pozyskania 1 MWh energii.
W ostatnich latach rośnie w Niemczech wolumen
elektrowni wiatrowych budowanych na morzu, jednak w dalszym ciągu 90% mocy
jest zainstalowanej na lądzie. Morska energetyka wiatrowa charakteryzuje się o
15-30% wyższą produktywnością niż lądowa (przy jednocześnie ponad 2-krotnie
wyższych nakładach inwestycyjnych), jednak ze względu na niewielki jej udział
i brak dostępnych danych szczegółowych, do obliczeń przyjęto sumę
produkcji elektrowni lądowych i morskich.
Współczynnik wykorzystania mocy zainstalowanej w elektrowniach
wiatrowych w Polsce i w Niemczech
Do celów porównawczych przyjęto
średni współczynnik wykorzystania mocy zainstalowanej w elektrowniach
wiatrowych zainstalowanych w Polsce i w Niemczech, określający ilość energii
produkowanej przez sektor wiatrowy w danym kraju w ciągu roku, otrzymany po
podzieleniu całkowitej krajowej produkcji energii z wiatru przez całkowitą moc
zainstalowanych w kraju turbin wiatrowych oraz maksymalny teoretyczny czas
pracy (8760 h/a)i wyrażony w %.
Ze względu na znaczący przyrost
nowych mocy, szczególnie w Polsce, gdzie moc zainstalowana, zwłaszcza w
pierwszym okresie rozwoju, wzrastała o 60-80% w stosunku do roku
poprzedzającego, taki sposób liczenia obarczony jest błędem, zaniżającym
liczony wskaźnik, gdyż większość nowo instalowanych turbin nie pracowała w
okresie całego roku, a nowe moce oddawano do użytku głownie w trakcie sezonu
budowlanego. Dlatego do obliczeń średniej mocy ważonej w kolejnych latach przyjęto,
że przyrost miał charakter liniowy. Innymi słowy, założono, że wszystkie nowe
elektrownie produkowały energię przez połowę pierwszego roku pracy. Taka
metodyka obliczania, przyjęta także przez Fraunhofer Institute, pozwala na
zmniejszenie błędu obliczeniowego przy określaniu produktywności elektrowni
wiatrowych, nie zaburzając przejrzystości wyliczeń dla żadnego z porównywanych
krajów.
Z oszacowań tych wynika, że w
ciągu ostatnich 10 lat rozwoju energetyki wiatrowej współczynnik wykorzystania
mocy w Polsce utrzymuje się w granicach 20-26 %, ulegając fluktuacjom przede
wszystkim ze względu na zmienne warunki
wietrzności w całej Europie w poszczególnych latach. Zaowocowało to znacznie niższymi
wartościami produktywności w latach 2009, 2010 i 2014 zarówno w Polsce jak
i w Niemczech.
Wysoka wartość stopnia
wykorzystania mocy zainstalowanej świadczy, iż w Polsce stosowane były już w
pierwszym etapie rozwoju sektora nowoczesne turbin wiatrowych o wysokiej
efektywności wykorzystania mocy i niskiej awaryjności. Przeczy to dość mocno zakorzenionej opinii, powielanej
przez przeciwników rozwoju tego sektora energetyki, że w Polsce instalowane były
przede wszystkim stare elektrownie wyeksploatowane w innych krajach, zwłaszcza
pochodzące z Niemiec. Istnieją prawdopodobnie takie przypadki (dotyczyć to może
zwłaszcza turbin instalowanych w latach 90-tych i w okresie do 2005 r), ale znakomita
większość obecnie zainstalowanego potencjału musi być nowa i pracować
praktycznie bezawaryjnie. Współczynnik wykorzystania nie byłby tak wysoki,
gdyby mit o „starych wiatrakach z Niemiec” odpowiadał prawdzie.
Warto zauważyć, że tym samym
czasie w Niemczech współczynnik wykorzystania mocy utrzymuje się na znacząco
niższym poziomie w porównaniu do Polski. Można to wyjaśnić faktem, że ponad 1/3
potencjału elektrowni wiatrowych zainstalowanych w tym kraju zaczęła pracować
już w latach 90. XX w. Jednostki te charakteryzują się niższą wydajnością
i sprawnością niż te instalowane w Polsce po 2005 roku.
Jak już wspomniano obniżenie
współczynnika wykorzystania mocy, szczególnie w latach 2009 – 2010 wynika z gorszych
warunków wietrzności, w tych latach zmniejszona była także produkcja energii o
4% w 2009 i 7% w 2010 w porównaniu z rokiem 2008, pomimo stałego wzrostu mocy.
W roku 2011, kiedy warunki wietrzności znacznie się poprawiły, produkcja
wzrosła o 20% w stosunku do tego samego 2008 roku, zwiększyła się także wartość
współczynnika. Potwierdzają to prezentowane dalej dane o produkcji z polskich
farm wiatrowych, które pracowały w tym okresie bez żadnych modernizacji.
Współczynnik wykorzystania mocy
zależy przede wszystkim od takich czynników jak warunki wietrzności w lokalizacji
poszczególnych elektrowni wiatrowych oraz jakości i sprawności zainstalowanej
turbiny. O ile wietrzność jest czynnikiem niezależnym od człowieka, w
technologii produkcji turbin wiatrowych w ciągu ostatnich 30 lat nastąpił
ogromny postęp. W latach 90. XX w. wytwarzano elektrownie wiatrowe o wysokości
40-50 m i mocy do 50 KW, w roku 2000 dominowały turbiny o wysokości do 100
m i mocy 1,5 MW, a w roku 2010 produkowane turbiny osiągały wysokość do
130 m i moc 2 MW. Wzrosła także efektywność wiatraków, współczesne, dobrze
zlokalizowane lądowe turbiny wiatrowe charakteryzują się współczynnikami wykorzystania
mocy powyżej 25% (w najlepszych lokalizacjach
powyżej 35%). Morskie farmy wiatrowe mają znacznie większą wydajność – powyżej 40%,
a zlokalizowane w ostatnich latach, z wykorzystaniem najnowszych technologii nawet
50%.
Dane z wybranych elektrowni wiatrowych w Polsce
W skali całego kraju, średni
współczynnik wykorzystania mocy jest zróżnicowany biorąc pod uwagę różne lata
instalowania turbin, jak również ich lokalizację. W tabeli poniżej
przedstawione są dane dotyczące kliku polskich instalacji prowadzonych przez
członków PIGEOR. Dane te potwierdzają względnie wysoką sprawność turbin w skali
poszczególnych instalacji.
Na wykresie poniżej przedstawiona
jest produktywność dla dwóch różnych elektrowni wiatrowych na przestrzeni
ostatnich lat, uzyskana również dzięki uprzejmości członków PIGEOR. Na wykresie
widać częściową korelację wartości współczynników liczonych dla całego kraju,
jak i poszczególnych elektrowni wiatrowych, uzależnione od warunków pogodowych.
W latach 2009, 2010 produktywność jest znacznie niższa ze względu na niską
wietrzność w całej Europie, z kolei różnice pomiędzy 9 instalacjami w roku
2015 wskazują na lokalne zróżnicowanie warunków wiatrowych. Należy jednak
zauważyć, że produktywność w dalszym ciągu znacząco jest powyżej średniej
krajowej.
Porównanie z innymi krajami UE i świata
W porównaniu
z innymi krajami Unii Europejskiej, teren Polski charakteryzuje się średnim
poziomem współczynnika wykorzystania mocy. Z krajów prezentowanych w tabeli
poniżej, najwyższa wartość współczynnika osiągana jest w Danii (ponad 30%), co
odzwierciedla najlepsze w Europie warunki wietrzności (warunki wietrzności dla
Europy przedstawione są w załączniku nr 1). Wskaźnik produktywności w Danii jest
wyższy również z tego powodu, że ponad 25% mocy elektrowni wiatrowych jest
zainstalowana na płytkich szelfach morskich otaczających ten kraj (gdzie średni
współczynnik wykorzystania mocy sięga 46%). Oznacza to, że turbiny lądowe
osiągają podobne wskaźniki efektywności jak w Polsce, czy Niemczech, tylko zróżnicowanie
to nie jest wyodrębnione w statystykach. Wskaźnik duński jest znacznie wyższy
niż w krajach gdzie energetyki morskiej
brak (np. Polska) lub jest ona wykorzystywana w mniejszym stopniu (np. Niemcy).
Ponadto, od kilku już lat w Danii następuje proces wymiany starych turbin
na nowe, bardziej wydajne. Dzięki temu w 2015 roku energetyka
wiatrowa zapewniała ponad 40% duńskiego zapotrzebowania na energię.
Współczynnik nieco niższy od duńskiego obserwowany jest w Wielkiej Brytanii
(28,16%), Portugalii (27,89%) i Hiszpanii (25,4%). Warto zwrócić uwagę, że
w Hiszpanii, gdzie również nie ma znaczących udziałów mocy off-shore wskaźnik
produktywności jest bardzo zbliżony do polskiego.
W krajach o niższych wskaźnikach wykorzystania
mocy, takich jak Grecja (19,03%), Włochy (19,77%) i Francja (20,92%), największy
wpływ mają warunki geograficzne i meteorologiczne, mniej sprzyjające
wykorzystywaniu siły wiatru, niż w Wielkiej Brytanii, czy Danii.
Stopień wykorzystania
zainstalowanej mocy jest paradoksalnie najniższy w Niemczech (gdzie
w 2014 r. energetyka wiatrowa zapewniła 27,7% zapotrzebowania na
energię). Kraj ten ma średnie warunki wietrzności porównywalne z Polską, ale ponosi
koszty pioniera, który na wczesnym etapie rozwoju branży rozwijał intensywnie
energetykę wiatrową instalując turbiny o relatywnie niższej sprawności.
Obserwując jednak sytuację na rynku niemieckim, można oczekiwać, że to się
w najbliższym czasie zasadniczo zmieni, jako że elektrownie zainstalowane
20 lat temu, zostały już zamortyzowane i następować będzie proces wymiany
urządzeń na bardziej sprawne, tak samo jak w Danii. Przemysł niemiecki
produkujący elektrownie wiatrowe jest bardzo rozwinięty i przygotowany do
procesu modernizacji parków wiatrowych.
Spośród krajów spoza Unii
Europejskiej ujętych w tabeli, można zaobserwować niski współczynnik
wykorzystania mocy w Chinach (15,28%). Decydować może o tym błąd obliczeniowy wynikający
z gwałtownego przyrostu nowych mocy produkcyjnych rok do roku. W roku 2013
zainstalowano w Chinach 16 GW w nowych elektrowniach wiatrowych, co
stanowiło wzrost o 20% w stosunku do
roku 2012. Chiny szacują rzeczywiste wykorzystanie mocy na 21,6%.
Porównanie współczynnika wykorzystania mocy dla różnych technologii
Analizując wskaźnik wykorzystania
mocy zainstalowanej turbin wiatrowych warto dokonać porównania jak ten wskaźnik
kształtuje się w przypadku innych technologii. Aby to umożliwić w tabeli
poniżej zostały zebrane średnie współczynniki wykorzystania mocy dla różnych
technologii OZE, jak również dla energetyki konwencjonalnej opalanej węglem.
Najwyższe są współczynniki dla
technologii, które mogą pracować w ruchu ciągłym (energetyka węglowa, biogazowa
i biomasowa). Dla większości
niespecjalistów zaskoczeniem może być przy tym fakt, że średni współczynnik wykorzystania
mocy w tego typu jednostkach wytwórczych wynosi od 49 do 54%. W praktyce
zróżnicowanie w ramach tego sektora jest większe – są jednostki które pracują
ponad 70% czasu w roku i takie których wskaźnik wykorzystania nie przekracza
30%.
W przypadku technologii
uzależnionych od warunków pogodowych, współczynnik dla energetyki wiatrowej
wynoszący 26% jest ponad 2,5 krotnie wyższy niż dla elektrowni słonecznych.
Podsumowanie
Współczynnik wykorzystania mocy w
elektrowni wiatrowych w Polsce (23,96% w 2014r.) jest wyższy niż w Niemczech (18,54%
w 2014r.), przy porównywalnych warunkach wietrzności. Rozwój polskiej
energetyki wiatrowej rozpoczął się na większą skalę w latach 2007-2010, niemal
20 lat później niż w sąsiednich Niemczech. W tym czasie nastąpił duży
postęp technologiczny i turbiny instalowane w Polsce charakteryzują się
wyższą efektywnością niż starsze
niemieckie.
W porównaniu z innymi krajami
Unii Europejskiej, współczynnik wykorzystania mocy w Polsce plasuje się w średniej strefie, jest
niższy niż w najlepszej Danii (30%), ale wyższy niż we Włoszech (19,77%),
Francji (20,92%) czy nieco słabszych w
tej kategorii Niemczech.
Polska Izba Gospodarcza Energetyki Odnawialnej i Rozproszonej, REO.pl
