Czy Europa powinna budować wyspy energetyczne?

Eksperckim okiem

Paweł Biegajski, specjalista z zakresu finansowania projektów energetycznych

Świat stoi przed ważnymi wyzwaniami związanymi z gospodarką energetyczną. W ciągu kilkunastu następnych lat modele oparte na paliwach kopalnych mają ulec transformacji w kierunku energetyki odnawialnej. Ta zmiana pociąga za sobą szereg kolejnych działań, które muszą zostać wykonane, aby zielone technologie zapewniały bezpieczeństwo energetyczne społeczeństwu.

Jednym z pomysłów na poprawę efektywności funkcjonowania systemu rozproszonego są wyspy energetyczne. Co to takiego i czy to odpowiednie narzędzie wspomagające rozwiązanie problemów Europy?

Czym są wyspy energetyczne?

Zarząd Województwa Pomorskiego w swojej uchwale zdefiniował wyspę energetyczną jako „niezależny energetycznie system grupujący producentów, konsumentów oraz prosumentów, charakteryzujący się możliwością regulacji energii produkowanej i zużywanej w ramach systemu, w czasie rzeczywistym, jak również charakteryzujący się możliwością współpracy z innymi, niezależnymi systemami i lokalnym dystrybutorem energii, np. operatorem systemu dystrybucyjnego”[1]. Inaczej mówiąc wyspa energetyczna to system energetyczny, zdolny do działania niezależnie od sieci, wykorzystujący elementy energetyki rozproszonej. W zależności od skali działania możemy mówić o:

• mikro wyspie energetycznej – dotyczącej często tylko jednego budynku,
• makro wyspie energetycznej – obsługującej większe obszary takie jak miasta czy wsie,
• wyspie energetycznej na morzach – wykorzystującej potencjał morskiej energii wiatrowej.

Jak działa wyspa energetyczna?

Celem budowy wysp energetycznych jest zapewnienie stabilnych i bezpiecznych dostaw energii dla danego obszaru. Odbywa się to poprzez podjęcie ciągu działań polegających na:

• wytwarzaniu energii elektrycznej, ciepła, zimna, biogazu lub biometanu z OZE,
• magazynowaniu energii, dzięki czemu możliwe jest jej wykorzystanie w momentach ograniczonej generacji,
• dostarczaniu energii do odbiorców bezpośrednich zlokalizowanych na obszarze lub poza obszarem działania wyspy energetycznej,
• konsumpcji bądź współdzieleniu energii przez podmioty tworzące wyspę,
• dystrybucji energii z wykorzystaniem lokalnej sieci,
• świadczeniu usług w segmencie elektromobilności (np. car sharing, car pooling czy ładowanie samochodów elektrycznych),
• świadczeniu pozostałych usług dotyczących np. racjonalnego zużycia energii.

W praktyce rozwiązania technologiczne stosowanie na wyspach energetycznych będą się od siebie różnić. Dobrze tę kwestię obrazują konkretne przykłady z życia.

Przykłady wysp energetycznych

W naszej analizie rozważymy koncepcję dwóch wysp energetycznych. Pierwszą jest kompleks pałacowo-parkowy z Sanktuarium św. Jacka w Kamieniu Śląskim. Składa on się z siedmiu obiektów wyposażonych w pionierską w naszym kraju infrastrukturę energetyczną, na którą składają się:

• pompy ciepła zainstalowane szeregowo,
• elektrownia PV,
• turbina wiatrowa,
• magazyny ciepłej wody z wymiennikiem ciepła,
• oczyszczalnia ścieków z zastosowaniem obiegu zamkniętego, wykorzystującego oczyszczone ścieki do nawadniania terenów zielonych.

Kompleks, którego inwestorem jest Instytut Naukowo-Badawczy Księdza Sebastiana Kneippa oraz Zespół Rehabilitacyjno-Wypoczynkowy Sebastianeum Silesiacum w Kamieniu Śląskim jest praktycznie samowystarczalny energetycznie, a wszelka generacja pochodzi z OZE.

Drugim projektem jest wyspa energetyczna budowana na Morzu Północnym. Pomysłodawcą tego typu jednostek jest Dania, która w 2020 roku przedstawiła koncepcję budowy dwóch wysp, w tym jednej w pełni sztucznej o mocy 3 GW z możliwością rozbudowy do 10 GW. To przedsięwzięcie ma być realizowane w partnerstwie z Niemcami do 2030 roku. Wcześniej do użytku zostanie oddana Wyspa Księżniczki Elżbiety, czyli inicjatywa podjęta przez belgijski koncern energetyczny Elia.

Będzie ona położona 45 km od belgijskiego wybrzeża i połączy morskie farmy wiatrowe o mocy 3,5 GW z lądową siecią wysokiego napięcia. Innowacyjny obiekt będzie miał powierzchnię około 6 hektarów i ma stanowić centralny węzeł dla nowych połączeń międzysystemowych z Wielką Brytanią i Danią. W tej chwili zakończono już prace nad najdłuższym na świecie interkonektorem zapewniającym przesył energii elektrycznej pomiędzy wskazanymi krajami. Viking, bo taką nazwę zyskało połączenie HVDC (ang. high-voltage direct current), będzie w stanie przesyłać energię pod napięciem 525 kV DC. Całość przedsięwzięcia objęła 1400 km okablowania, z czego 1250 km przebiega trasą podmorską, a reszta brytyjskim lądem. Sieć ma zasilić nawet 1,4 miliona gospodarstw domowych.

Projekt skomentował Tinne Van der Straeten, minister Belgii ds. energii: Plany wyspy energetycznej zostały opracowane w ramach planu odbudowy Europy. Rząd federalny przyspieszył rozwój morskiej energetyki wiatrowej. Dzięki pierwszej wyspie energetycznej, nowym połączeniom międzysystemowym, trzem nowym farmom wiatrowym na Morzu Północnym i odnowieniu pierwszej morskiej strefy wiatrowej przekształcamy Morze Północne w jedną wielką zieloną elektrownię. Czterokrotnie zwiększając moc morskiej energii wiatrowej do 2040 roku, wzmocnimy naszą niezależność energetyczną, obniżymy rachunki za energię i zmniejszymy emisję CO₂ emisje.

Rosnące zainteresowanie wyspami energetycznymi potwierdza założona niedawno spółka Copenhagen Energy Islands (CEI), która opracowuje portfel kilku projektów wokół Morza Północnego, Morza Bałtyckiego i w Azji Południowo-Wschodniej. Energy Policy Group zaproponowało z kolei budowę rumuńsko-bułgarskiej wyspy, która docelowo zapewniłaby połączenie z innymi krajami Morza Czarnego, takimi jak Turcja, Gruzja i potencjalnie Azerbejdżan.     

W dalszej części artykułu skupimy się właśnie na tego typu, większych inicjatywach, które mogą mieć zasadniczy wpływ na europejską energetykę kolejnych dziesięcioleci.

Czy Europie potrzebne są wyspy energetyczne?

Energetyka przyszłości powinna:

• zapewniać niezależność od zewnętrznych sieci i dostawców energii,
• przyczyniać się do realizacji zasady zrównoważonego rozwoju, przede wszystkim poprzez szerokie wykorzystanie OZE,
• być racjonalna kosztowo,
• być elastyczna, czyli możliwa do dostosowania do lokalnych potrzeb i warunków.

Te postulaty wspierają wyspy energetyczne. Jak to się dzieje? Umieszczanie farm wiatrowych bez dostępu do infrastruktury wyspy znacząco podnosi wydatki na przesył i utrzymanie. Każda z nich musi dysponować własnym kablem, który łączy ją z siecią energetyczną na lądzie. Koszt projektu, zakupu i ułożenia go jest bardzo wysoki. Jeśli ziszczą się plany energetyczne zainteresowanych krajów, niebawem na Morzu Północnym (nie tylko tam) powstanie kilkadziesiąt tego typu jednostek. W założeniach do 2050 roku moc farm wiatrowych na północnych morzach ma wzrosnąć do aż 300 GW. Umieszczając je bliżej wysp energetycznych, znacząco zmniejszy się złożoność przedsięwzięcia i jego koszty. Będzie to miało także duży wpływ na obniżenie cen energii elektrycznej dla odbiorców końcowych.

Istotnym czynnikiem przemawiającym za budową wysp jest elastyczność. Dzięki połączeniu z milionami punktów odbioru mogą one wykonać transport tam, gdzie energia jest najbardziej potrzebna. To szczególnie istotne w obliczu charakterystyki energetyki odnawialnej – trudnej do zrównoważenia z uwagi na niepewną skalę produkcji. Rozbudowane o systemy magazynowania wyspy energetyczne mogą gromadzić nadwyżki energii w okresach obfitości i dystrybuować ją w momentach zwiększonego zapotrzebowania.

Koncepcja wysp energetycznych odpowiada na bieżące wyzwania rynku energetycznego w Europie i na świecie. Na drodze do dalszego ich rozwoju stoją w tym momencie przede wszystkim kwestie proceduralne i koszty.

Wyzwania stojące przed koncepcją wyspy energetycznej

Osiągnięcie stanu neutralności klimatycznej wymaga rozbudowy infrastruktury odnawialnych źródeł energii. Dotyczy to nie tylko lądowych instalacji słonecznych i wiatrowych, ale także energetyki morskiej (MEW). Do 2023 roku w skali globalnej zainstalowano 63,2 GW mocy w ramach MEW, z czego na Europę przypada 30,6 GW, zaś na Chiny 30,4 GW[2]. Do 2030 roku na samym Morzu Północnym moc zainstalowanej energetyki wiatrowej ma wzrosnąć do 76 GW[3]. Głównym wyzwaniem nie jest w tym wypadku budowanie dodatkowej morskiej farmy wiatrowej, ale raczej jej integracja z globalnymi systemami energetycznymi. To właśnie one generują największe koszty i ryzyka natury prawnej. Wyspy energetyczne są odpowiedzią na to wyzwanie.

Należy mieć jednak na uwadze, że koncepcja wyspy energetycznej jest stosunkowo nowym tworem. W tej chwili uruchomienie sztucznego atolu w przestrzeni oddalonej od linii brzegowej o dziesiątki kilometrów, wiąże się z dużymi kosztami. Należą do nich:

• nakłady inwestycyjne – wydatki na budowę infrastruktury fizycznej (platforma lub sztuczna wyspa) oraz elektrycznej (do wytwarzania i przesyłu energii),
• koszty operacyjne – ich wysokość uzależniona jest między innymi od specyfiki projektu, zastosowanej technologii, położenia geograficznego i skali,
• koszty rozwoju technologicznego – zaliczamy do nich np. sprzęt wysokiego napięcia prądu stałego (HV/DC) i Power-to-X.

Kluczem do szerokiego i powszechnego stosowania idei wysp energetycznych jest opracowanie standardowych modeli, które będą stanowić podstawę skalowalnych rozwiązań ewoluujących wraz z dynamiką rynku. Istotne będą także wyniki prac badawczo-rozwojowych prowadzonych przykładowo w zakresie sprzętu HV/DC, których celem jest zmniejszenie gabarytów urządzeń mających wpływ na masę platformy i ilość stali użytej do jej budowy.

[1] Uchwała Uchwałą Nr 931/274/13 z dnia 8 sierpnia 2013 r. w sprawie przyjęcia Regionalnego Programu Strategicznego w zakresie energetyki i środowiska.

[2] Renewable Capacity Statistics (2023) IRENA.

[3] T. Palmowski, E. Kwiatkowska, Rozwój morskiej energetyki wiatrowej w Polsce, Polskie Towarzystwo Geograficzne, str. 389.

Paweł Biegajski

Absolwent Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu. Specjalizuje się w zdobywaniu finansowania dla firm i instytucji realizujących projekty z zakresu zrównoważonego rozwoju oraz energetyki.