Energetyka wiatrowa: wyzwania i przyszłość

Inwestorzy ostatnio stawiają na turbiny lokowane w obszarach morskich, gdzie występują znacznie stabilniejsze i silniejsze wiatry w porównaniu do wielu terenów lądowych. Dodatkowo impulsem do rozwoju morskich farm wiatrowych jest polityka klimatyczna. Zachodnie państwa promują odnawialne źródła energii w ramach długofalowej strategii redukcji emisji dwutlenku węgla.

Konwencjonalne paliwa kopalne generują duże ilości CO₂ i podlegają częstym wahaniom cen. Rządy wdrażają programy wsparcia dla odnawialnych źródeł. Liczne dotacje, ulgi podatkowe lub ułatwienia proceduralne przy realizacji projektów. Dzięki temu powstają rozwiązania, jakie jeszcze niedawno były zbyt kosztowne lub skomplikowane technologicznie.

Morskie farmy wiatrowe to szansa pozyskiwania prądu z obszarów niezurbanizowanych. Ich wznoszenie może rodzić jednak pewne obawy związane z ingerencją w środowisko, generowaniem hałasu i wpływem na bioróżnorodność.

Geneza i przyczyny

Zainteresowanie morskimi farmami wiatrowymi nie wzięło się znikąd. Z jednej strony presja ograniczenia emisji gazów cieplarnianych, aby wypełnić zobowiązania międzynarodowe. Z drugiej – znalezienie stabilnych, czystych źródeł energii. Polityka ekologiczna Unii Europejskiej kładzie duży nacisk na rozwój odnawialnych źródeł energii (OZE).

Za budowaniem turbin na wodach przemawia korzystna róża wiatrów. Na otwartych obszarach morskich prędkość i stabilność wiatru przekładają się na wyższą efektywność turbin. Dzięki temu każda jednostka może generować więcej energii przy zbliżonych nakładach konstrukcyjnych. Inwestorzy chętnie sięgają po takie rozwiązania, bo zapewniają stosunkowo pewny zwrot, zwłaszcza jeżeli dojdą do tego dotacje lub systemy gwarantujących stawki za wyprodukowaną energię. Dodatkowo unikamy kontrowersji krajobrazowych. Choć i tak mieszkańcy protestują w obawie przed zaburzeniem urokliwego widoku.

Rozwój morskich farm wiatrowych tworzy wiele nowych miejsc pracy i uniezależnienia od surowców energetycznych. Branża napędza modernizacja stoczni, portów i przedsiębiorstw serwisowych. Państwa postrzegają farmy wiatrowe jako filar przyszłej zielonej gospodarki.

Planowanie morskich farm wiatrowych wymaga skrupulatnego podejścia do wielu kwestii – od wyboru lokalizacji, aż po sposób transportu elementów konstrukcyjnych na obszary morskie. Najpierw analizy wiatrowe, by mieć pewność, że wybrany akwen zapewni odpowiednią prędkość i równomierność strumienia powietrza. Następnie badania geotechniczne dna: inwestorzy nie zaryzykują instalacji fundamentów, zanim nie sprawdzą nośności podłoża.

W fazie projektowej uwzględniają uwarunkowania przyrodnicze. Ocena oddziaływania na środowisko (EIA) obejmuje między innymi potencjalny wpływ na faunę morską, korytarze migracyjne i siedliska chronionych gatunków. Zgoda władz na realizację takiej inwestycji jest uzależniona od spełnienia wymogów w zakresie zminimalizowania negatywnych efektów. Gdy dojdzie do finalizacji etapu projektowego, przychodzi czas na przygotowanie fundamentów.

Wybór fundamentu zależy od głębokości wody. Dla płytszych akwenów (np. do ok. 30 metrów) stosuje się fundamenty typu monopile (pojedynczy pal wbijany w dno) lub tzw. jacket (kratownicowe konstrukcje). Głębsze partie wymagają z kolei fundamentów grawitacyjnych lub coraz popularniejszych platform pływających. Niezależnie od wybranego systemu montażu, do instalacji niezbędne są wyspecjalizowane jednostki pływające, wyposażone w potężne dźwigi.

Schemat budowy:

1. Wybór lokalizacji: ocena warunków wiatrowych, badania dna i dopuszczalnych form zabudowy.
2. Analiza środowiskowa: EIA, konsultacje z ekspertami od ochrony przyrody i lokalnymi społecznościami.
3. Przygotowanie fundamentów: wybór technologii (monopile, jacket, floating), transport materiałów na miejsce.
4. Montaż turbiny: podniesienie wieży, instalacja gondoli i łopat przy użyciu jednostek typu jack-up.
5. Uruchomienie i nadzór: testy operacyjne, podłączenie do sieci, monitoring wibracji i wydajności.

Po zakończeniu instalacji farma wchodzi w etap eksploatacji. Zaawansowane systemy zdalnego monitoringu na bieżąco rejestrują obroty wirnika, temperaturę łożysk i poziom zużycia poszczególnych elementów. Okresowo ekipy serwisowe wypływają na morze, by przeprowadzać niezbędne przeglądy i naprawy. Ta faza może trwać 20–25 lat, aż do momentu, gdy turbiny będą nieopłacalne w eksploatacji.

Korzyści – tworzenie sztucznych „raf” i zwiększanie bioróżnorodności

Farmy wiatrowe mają minimalny szkodliwy wpływ na środowisko, dodatkowo generują wartość dodaną. Podstawy turbin to nowe podłoże dla organizmów morskich. Porastają je wodorosty, osiedlają małże, skorupiaki oraz inne drobne formy życia. Ten proces przypomina mechanizm tworzenia sztucznych raf, znanych m.in. z praktyki zatapiania statków w celu zwiększenia różnorodności biologicznej.

Te „kolonie” przy fundamentach przyciągają większe ryby, ponieważ znajdują tam pożywienie i schronienie. Morskie farmy wiatrowe mogą z czasem funkcjonować jak rezerwaty. Dzieje się tak zwłaszcza wtedy, gdy lokalne przepisy wprowadzają zakaz połowów w pobliżu turbin. Ryby korzystają wówczas z bezpiecznej przestrzeni.

Trzeba jednak pamiętać, że pozytywne oddziaływanie na bioróżnorodność zależy od odpowiedzialnego zarządzania. Jeżeli operatorowi farmy zależy na zachowaniu czystości fundamentów, może przeprowadzać intensywne czyszczenie. Czasem wewnętrzne regulacje sektora energetycznego nakładają częste inspekcje stanu technicznego, połączone z usuwaniem porostów i skupisk małży.

W wielu krajach przepisy zabraniają wchodzenia kutrom na teren farmy lub nakładają ograniczenia. Koncepcja „morskiego rezerwatu” powstaje w sposób pośredni – obszar chroniony nie wynika z polityki środowiskowej wprost, lecz jest konsekwencją inwestycji energetycznej.

Wielu ekologów wierzy, że w dłuższym horyzoncie czasowym takie miejsca pomogą odrodzić zasoby rybne. Przykładowo, jeśli morska farma wiatrowa uniemożliwia stosowanie pewnych typów trałowania, dna morskie nie są przetrząsane, a populacje rozwijają się w spokojniejszych warunkach. Niemniej jednak dla rybaków nowe inwestycje oznaczają konieczność przystosowania do mniejszych obszarów połowu.

W niektórych krajach rządzący wprowadzają system rekompensat finansowych. W innych regionach zezwalają na określone typy połowów, np. tylko przy użyciu drobnych sieci. Bywa też, że operatorzy farm organizują kampanie informacyjne lub spotkania konsultacyjne z lokalną społecznością, żeby wyjaśniać, jak krótkotrwałe utrudnienia mogą odbudować zasoby ryb w perspektywie kilku lat.

Negatywne skutki budowy i eksploatacji

Choć morska energetyka wiatrowa ma wiele walorów, nie sposób pominąć tego co niepokoi ekologów. Jak hałas emitowany podczas wbijania pali fundamentowych w dno morski. To krytyczny etap instalacji z punktu widzenia ssaków morskich, które komunikują się za pomocą dźwięków o określonych częstotliwościach. Intensywne uderzenia w metalowy pal generują fale akustyczne, dezorientują foki, morświny i delfiny.

W fazie eksploatacji turbiny są znacznie cichsze, ale w dalszym ciągu wytwarzają pewne wibracje i dźwięki przenikające w głąb wody. Na obszarach o dużej gęstości farm wiatrowych kumulacja tych odgłosów może być odczuwalna przez lokalną faunę. Trochę pomagają regulacje nakazujące monitorowanie poziomu hałasu przez cały okres użytkowania. Operatorzy stosują ekrany powietrzne w czasie wbijania pali.

Kolejnym zagadnieniem jest modyfikacja prądów morskich i warunków sedymentacji. Fundowanie turbin zmienia lokalną hydrodynamikę, a przy fundamentach dochodzi do zjawiska erozji spowodowanej przyspieszeniem przepływu wody. Wypłukiwaniu osadów z podstawy zapobiegają specjalne warstwy kamieni lub geowłókniny.

Powszechnie wiadomo, że elektrownie wiatrowe zlokalizowane na lądzie zagrażają ptakom. W przypadku morskich farm wiatrowych ryzyko kolizji również istnieje. Tym bardziej gdy dany akwen stanowi ważny obszar żerowiskowy lub lęgowy dla licznych gatunków.

Operatorzy farm wprowadzają różne zabezpieczenia. Malują łopaty wirnika w kontrastowe pasy, aby ptaki łatwiej wyczuwały ruch. Inna metoda wykorzystuje radary i systemy detekcji ptasich stad – w razie zbliżania dużej grupy można chwilowo wyłączyć turbiny lub zmniejszyć prędkość obrotową. Tego typu technologie są jednak kosztowne.

Przykłady realizacji morskich farm wiatrowych

Morze Północne to prawdziwe zagłębie morskiej energetyki wiatrowej. Pionierami w tym regionie są Dania, Niemcy, Holandia i Wielka Brytania. Rozwijają kolejne projekty na dużą skalę od kilkunastu lat. Ogromne farmy, takie jak Hornsea w pobliżu brytyjskiego wybrzeża, przykuwają uwagę z powodu imponującej łącznej mocy kilku gigawatów. Zgromadzona wiedza i doświadczenie tamtejszych specjalistów pozwalają doskonalić proces budowy oraz eksploatacji. Prowadzą intensywne prace badawcze, aby poznać długotrwały wpływ farm na morświny i populacje ptaków, a wyniki są wzorem dla nowych projektów.

Z kolei Morze Bałtyckie, choć mniejsze i relatywnie płytkie, przyciąga coraz większą liczbę inwestorów. Polskie wybrzeże jest intensywnie eksplorowane w poszukiwaniu nowych lokalizacji. Również Szwecja i Niemcy prowadzą działania na tym akwenie. Bałtyk jest ekosystemem szczególnie wrażliwym ze względu na ograniczoną wymianę wód z oceanem.

Na Bałtyku inwestorzy muszą się mierzyć z innym zestawem wyzwań niż na otwartej przestrzeni Morza Północnego. Struktura dna, niestabilne warunki pogodowe lub bardziej intensywne zalodzenie zimą utrudniają pracę. Z drugiej strony płytsze wody ułatwiają stabilizację fundamentów. Unia Europejska, poprzez różne programy i dyrektywy ujednolica standardy środowiskowe i zachęca do współpracy transgranicznej. Wspólne bazy danych o migracjach zwierząt pozwalają trafniej wybierać miejsca pod inwestycje.

Technologia morskich farm wiatrowych nie stoi w miejscu. Coraz większe turbiny, wyposażone w dłuższe łopaty i nowocześniejsze generatory uzyskują coraz więcej energii z każdego stanowiska. Jednym z najbardziej obiecujących kierunków rozwoju są pływające farmy wiatrowe (floating wind), ponieważ umożliwiają instalowanie turbin tam, gdzie głębokość wody przekracza kilkadziesiąt metrów. Rozwiązanie otwiera drogę do pozyskiwania energii z rejonów oceanicznych o szczególnie silnym wietrze. Na zachodzie Europy trwają już projekty pilotażowe, a Japonia czy Stany Zjednoczone również intensywnie testują platformy wyposażone w systemy stabilizacji i kotwiczenia.

Nowe koncepcje skoncentrowano do minimalizowania ingerencji w środowisko. Montaż fundamentów za pomocą wibracji zamiast hałaśliwego wbijania pali, stosowanie sztucznych „kurtyn powietrznych” wokół rejonu prac czy zaawansowanych systemów wykrywania stad ptaków to przykłady ograniczenia negatywnego oddziaływania. Przyszłość niesie jeszcze więcej ciekawych rozwiązań. Jeżeli chcecie być na bieżąco, zapraszamy na bloga polskiego producenta urządzeń do filtrowania wody kranowej dafi.pl/blog.

 

—

Artykuł partnera