Fotowoltaika: jak wydać miliardy i zafundować krajowi nieuchronny blackout

Cała sprawa sprowadza się w zasadzie do tego, że żaden system elektroenergetyczny nie może pracować bez sporego zapasu inercji mechanicznej. Tej zaś mogą dostarczyć jedynie wirujące z częstotliwością sieci elektroenergetycznej (50 Hz) turbiny parowe wraz z napędzanymi przez nie generatorami. Jeżeli wartość tzw. stałej inercji systemu elektroenergetycznego spadnie poniżej pewnego bezpiecznego poziomu, to wówczas nawet stosunkowo niewielkie zakłócenie (przykładowo, zwarcie na jednej z linii przesyłowych) może sprawić, że cały mechanizm przewróci się dosłownie tak, jak ustawione pionowo w jednym rzędzie klocki domina. Wystarczy pchnąć tylko pierwszy z nich, aby całość w błyskawicznym tempie runęła na podłoże.

Tego rodzaju gwałtowny i nieprzewidziany rozpad systemu elektroenergetycznego (wypadnięcie poszczególnych generatorów z trybu pracy synchronicznej) określamy właśnie mianem blackoutu. Jest to w istocie straszliwych rozmiarów katastrofa, obejmująca terytorium całego kraju. Powoduje nie tylko wielkich rozmiarów straty o charakterze ekonomicznym. Wystawia także na szwank zdrowie i życie ludzkie. Nie ma raczej szans, aby w takiej sytuacji obyło się bez jakichś ofiar śmiertelnych. Wiele osób potrzebujących różnego rodzaju pomocy po prostu nie będzie mogło otrzymać jej na czas. Zwłaszcza w sytuacji panującego na obszarze całego kraju potężnego chaosu, wywołanego wspomnianym blackoutem.

Publikacja, którą czytasz, powstała z dobrowolnych datków

- czy dorzucisz się do wydania przez nas kolejnej?

50 zł Twoja kwota

Twoja kwota

Niestety, wiele wskazuje na to, że obecnie w Polsce również zawzięcie brniemy w hiszpański bądź czeski scenariusz. Przybywa bowiem, wręcz w tempie zawrotnym mocy zainstalowanej w krajowej fotowoltaice. Podczas godzin okołopołudniowych łączna moc generowana w krajowych elektrowniach cieplnych jest chwilowo obniżana nawet poniżej poziomu 8 GW (1 GW – jeden gigawat, czyli miliard watów – jednostka mocy), powszechnie uznawanego za granicę bezpieczeństwa. Czynione jest to wyłącznie po to, aby można było odebrać jeszcze nieco więcej mocy z farm fotowoltaicznych i aby nie trzeba było ich odłączać na pewien czas od sieci przesyłowych, za co ich właścicielom trzeba wypłacać następnie stosowne rekompensaty za nieodebraną od nich energię elektryczną. Tego rodzaju „igranie z ogniem” prędzej czy później musi zakończyć się powszechnym blackoutem na terytorium całego kraju. Zatem nie jest bynajmniej tak, że całą energię podczas dnia możemy pozyskiwać tylko i wyłącznie z instalacji fotowoltaicznych. Ich inercja wynosi bowiem dokładnie zero. W każdym systemie elektroenergetycznym musi jeszcze pracować odpowiednia liczba klasycznych turbin parowych, w związku z czym energia elektryczna nigdy w stu procentach, w żadnym wypadku nie będzie „zielona”.

Odnośnie samej fotowoltaiki, warto jest także wiedzieć, że w naszym kraju zainstalowano w niej już gigantyczną wręcz wartość mocy elektrycznej. Przekracza ona obecnie 22 GW. Na koniec roku może zaś być tam już nawet 25 GW mocy. Celem porównania warto jest wiedzieć, że moc największej polskiej elektrowni na węgiel brunatny w Bełchatowie wynosi 5 GW, przy czym koszt zainstalowania jednostki mocy (jednego gigawata) w elektrowni węglowej i w fotowoltaice jest porównywalny. W obu przypadkach wynosi około 8 miliardów złotych. Wynika stąd, że dokładnie za te same pieniądze zamiast wspomnianych 25 GW zainstalowanych w polskiej fotowoltaice można byłoby wybudować aż pięć nowoczesnych elektrowni węglowych (bloki nadkrytyczne o sprawności netto bliskiej 50%) tej samej wielkości jak elektrownia w Bełchatowie. Nawiasem mówiąc, to rozwiązałoby nasze wszelkie problemy energetyczne na co najmniej kolejne 30 lat.

Tymczasem zamiast nowoczesnych elektrowni cieplnych (w Chinach na etapie budowy znajdują się tego rodzaju elektrownie o łącznej moc ponad 130 GW, a w zeszłym roku oddano tam do użytku prawie 50 GW mocy w elektrowniach węglowych) mamy najmniej wydajne w polskich warunkach źródło energii elektrycznej w postaci właśnie fotowoltaiki. Trzeba w tym miejscu z całą mocą podkreślić, że jakiekolwiek instalacje fotowoltaiczne wybudowane na terenie Polski są i zawsze będą całkowicie nieopłacalne ekonomicznie. Stwierdzenie powyższe nie jest w żadnym wypadku jakąś tandetną demagogią czy też urojeniami laika. Opiera się na twardych danych liczbowych.

Podejmując swego czasu decyzję polityczną o wprowadzeniu w Polsce Zielonego Ładu oraz inwestowaniu przede wszystkim w fotowoltaikę, ktoś najwidoczniej zapomniał o podstawowych prawach fizyki (ignorancja wręcz na poziomie szkoły podstawowej) oraz o tym, na jakich szerokościach geograficznych położone jest terytorium naszego kraju. Przykładowo – Władysławowo leży już prawie na 55. równoleżniku. Nic zresztą w tym dziwnego, skoro „ministerstwem klimatu” tradycyjnie już od kilku lat zawiadują wyłącznie osoby legitymujące się jedynie jakimś wykształceniem humanistycznym (najczęściej są to nauki społeczne) i nie mające w związku z tym o elektroenergetyce jakiegokolwiek pojęcia. Tutaj koniecznie trzeba byłoby ukończyć dopiero studia wyższe na wydziale elektrycznym politechniki. Elektroenergetyka to nie jest bynajmniej piłka nożna, na której wszyscy „świetnie się znają” i mogą przewidywać w związku z tym wyniki poszczególnych meczów.

Na tak wysokich szerokościach geograficznych, jak ma to miejsce w przypadku Polski, promienie słoneczne docierają do powierzchni ziemi pod stosunkowo niewielkim kątem, co ma kluczowy wpływ na dopływ energii świetlnej, którą można później zamienić na energię elektryczną w panelach fotowoltaicznych. Zresztą, jak już uprzednio pisaliśmy, o całkowitej bezzasadności montowania na terytorium Polski instalacji fotowoltaicznych decydują odpowiednie wskaźniki energetyczne, z których najważniejszym jest EROI (ang. Energy Return on Investment). Wskaźnik ten mówi, ile razy energia, którą dane źródło wytworzyło w ciągu całego cyklu swego życia (Eout) jest większa od energii (Ein) użytej dla wyprodukowania tego źródła energii oraz wydatkowania na jego późniejsze utrzymanie w ruchu (przeglądy serwisowe, konieczne naprawy, wymiana zużytych komponentów itp.), co pokazano na rys. 1.

Rys. 1. Definicja wskaźnika EROI

W przypadku gdy EROI wynosi jeden, oznacza to, że dane źródło energii w czasie całego cyklu swego życia wytwarza dokładnie tyle samo energii, ile uprzednio zużyto jej w celu jego wyprodukowania i późniejszego utrzymania w ruchu. Nie trzeba chyba nikomu specjalnie tłumaczyć, że budowa tego rodzaju źródła energii o EROI równym 1 byłaby po prostu czystym nonsensem i wręcz swego rodzaju szaleństwem, ponieważ niczego byśmy na tym absolutnie nie zyskali. To dokładnie tak, jakby ktoś po prostu przełożył sobie pieniądze z lewej do prawej kieszeni. Wynika stąd, że sens ma budowa tylko takich źródeł energii, w przypadku których EROI jest większy od jedności. Jednak nadal pozostaje aktualnym pytanie, jak duży powinien być wspomniany wskaźnik, aby budowa źródła energii danego typu mogła być uznana za ekonomicznie opłacalną? Przykładowo, w przypadku elektrowni węglowych EROI wynosi około 30, a największe wartości, które przekraczają 70, przybiera w przypadku siłowni jądrowych. Literatura przedmiotu podaje, że próg opłacalności ekonomicznej stosowania danego typu źródła energii ma miejsce dopiero w przypadku, gdy EROI jest większe niż 7. Wynika stąd, że próba budowy źródeł energii o EROI mniejszym od tej wartości, to tylko swego rodzaju „zawracanie głowy”, a także marnotrawstwo sił i środków. Jak zatem sprawy się mają ze wskaźnikiem EROI w przypadku fotowoltaiki?

Otóż rozważana kwestia była szczegółowo badana przez niemiecki zespół pracujący pod kierownictwem prof. D. Weissbacha. Uczony przedstawił tego rodzaju wyliczenia dla instalacji fotowoltaicznych wybudowanych na terytorium Bawarii (48. równoleżnik). Rezultaty zostały przedstawione na rys. 2.

Rys. 2. Wartość współczynnika EROI wyznaczona dla różnego typu ogniw fotowoltaicznych dla obszaru Bawarii
(źródło: https://festkoerper-kernphysik.de/Weissbach_EROI_preprint.pdf)

Jak wynika z rys. 2, największą wartość współczynnika EROI uzyskano dla paneli fotowoltaicznych wykonanych z krzemu polikrystalicznego i umieszczonych bezpośrednio na dachach budynków. Jednak wspomniana wartość EROI dla Bawarii wynosi zaledwie 4. W związku z tym jest znacznie niższa od przyjmowanego w literaturze na poziomie 7 progu opłacalności ekonomicznej.

W pozostałych przypadkach przedstawionych na rys. 2 wartość EROI jest znacznie niższa. W skrajnym wypadku, dla krzemu amorficznego oraz paneli fotowoltaicznych umieszczonych na poziomie gruntu, jeszcze w sytuacji dodatkowego magazynowania wytworzonej energii w akumulatorach litowych, wynosi zaledwie 1,5. To już zakrawa wręcz na czysty absurd. Tego rodzaju instalacja w przeciągu około ćwierć wieku odda nam w sumie niewiele więcej energii niż w nią wcześniej włożyliśmy. Zresztą w każdym z rozważanych na rys. 2 przypadków fotowoltaika zainstalowana na terytorium Niemiec jest całkowicie ekonomicznie nieopłacalna.

Oczywiście w przypadku naszego kraju ta nierentowność będzie jeszcze bardziej widoczna. Terytorium Polski jest położone nieco bardziej na północ niż Bawaria (Warszawa leży powyżej 52. równoleżnika). W związku z powyższym fotowoltaika w Polsce w całym cyklu swego życia zwraca jedynie w przybliżeniu zaledwie trzykrotność energii, która pierwotnie została zużyta na jej wytworzenie. To sprawia, że typowa instalacja prosumencka musi pracować przez okres co najmniej sześciu lat po to tylko, aby w efekcie zwrócić tę samą ilość energii, która uprzednio została zużyta jedynie w celu jej wyprodukowania i późniejszego montażu.

Przepalanie miliardów

Należy mieć świadomość, że warunkach normalnej gospodarki rynkowej instalacje fotowoltaiczne na obszarze naszego kraju nie miałby po prostu prawa w ogóle powstać. Dopiero gigantyczna wręcz w swych rozmiarach interwencja państwa, uruchomienie przeróżnych programów dopłat i subwencji spowodowały aż tak wielkie upowszechnienie się fotowoltaiki w Polsce. Dopłacanie do tak wysoce niewydajnych na naszych szerokościach geograficznych źródeł energii to oczywiście jeden wielki absurd i całkowite ignorowanie praw ekonomii, które w świecie obowiązują przecież tak samo, jak wspomniane uprzednio prawa fizyki. I tak samo, jak ignorowanie praw fizyki ostatecznie musi zakończyć się totalną katastrofą, to również ignorowanie praw ekonomii będzie miało finalnie dokładnie taki sam skutek.

Z drugiej strony ceny energii elektrycznej w naszym kraju są sztucznie zawyżone (nawet trzykrotnie) poprzez różnego rodzaju podatki i inne dodatkowe opłaty. Największy udział ma podatek ETS naliczany od każdej tony spalonego w elektrowniach węgla. Z kolei wpływy z tych podatków służą głównie do finansowania różnych rządowych programów dopłat do całkowicie nierentownej w polskich warunkach fotowoltaiki – najwyższy czas przerwać w końcu to błędne koło!

Zresztą cena energii elektrycznej to jeszcze nie wszystko. W ostatecznym rozrachunku należy uwzględnić także wiele innych związanych z nią kosztów, spośród których najważniejsze są te materiałowe, środowiskowe i przestrzenne. Bowiem fotowoltaika do swego działania wymaga wydobycia i przetworzenia wielu cennych surowców. Proces ten prowadzi zaś w każdym przypadku do pewnej degradacji środowiska naturalnego. Produkcja kryształów krzemu jest także wysoce szkodliwa. Ponadto w przyszłości będziemy musieli zmierzyć się z problemem utylizacji tysięcy ton niesprawnych paneli fotowoltaicznych, przepalonych falowników i innych powiązanych z fotowoltaiką elektrośmieci. Tak więc warto wiedzieć, że podczas gdy typowa elektrownia węglowa o mocy 1 GW zajmuje obszar wynoszący około pół kilometra kwadratowego, to farma fotowoltaiczna wytwarzająca w ciągu roku tę samą ilość energii elektrycznej musiałaby w przypadku naszego kraju zajmować prawie 200 kilometrów kwadratowych, czyli około 400 razy więcej powierzchni! Jest rzeczą oczywistą, że na obszarze zajętym przez farmę fotowoltaiczną niczego innego już nie wybudujemy. Zajmujemy zatem tereny, które mogłyby potencjalnie być wykorzystywane przez rolnictwo, a także budownictwo przemysłowe bądź mieszkaniowe. Nasze pokolenie przyczynia się tym samym do zmniejszania cennych zasobów gruntów i podbijania w wyniku tego ich ceny.

Na koniec wartym podkreślenia jest fakt relatywnie niewielkiego udziału fotowoltaiki w krajowym miksie energetycznym. W roku 2024 udział ten wyniósł zaledwie około 9%, pomimo zainstalowania gigantycznej wręcz wartości mocy elektrycznej, wynoszącej ponad 20 GW. To bezpośredni skutek wykorzystania mocy zainstalowanej w fotowoltaice na poziomie zaledwie około 9%, co z kolei jest wynikiem niskich wartości tzw. naturalnego współczynnika mocy NCF (ang. Natural Capacity Factor) dla tego rodzaju instalacji umiejscowionych na terytorium Polski. Ostateczny efekt jest taki, że instalacja fotowoltaiczna na terytorium naszego kraju pracuje ze swą pełną mocą zaledwie przez około 800 godzin w roku liczącym dokładnie 8 760 godzin, co można zobaczyć na rys. 3. Dla porównania – wiatraki lądowe pracują z pełną mocą przez prawie 3 000 godzin, a wiatraki morskie przez około 4 000 h. Tymczasem cały dotychczasowy wysiłek finansowy w naszym kraju poszedł w dotowanie tak niewydajnego, nieefektywnego i nierentownego ekonomicznie źródła energii, jak właśnie fotowoltaika.

Celem porównania warto jest wspomnieć, że wykorzystanie mocy zainstalowanej w fotowoltaice w przypadku Hiszpanii wynosi około 16%, a w słonecznej Kalifornii przekracza 22%. Często porównujemy, kto w tym gronie ma więcej mocy zainstalowanej, nie bacząc na to na jakich szerokościach geograficznych leży Polska, a na jakich Hiszpania czy Kalifornia – wystarczy przecież w tym celu jedynie spojrzeć na globus!

Rys. 3. Wyrażony w godzinach ekwiwalent pracy źródeł fotowoltaicznych z ich pełną mocą

(źródło: Ocena wystarczalności zasobów na poziomie krajowym 2025 – 2040, Raport PSE S.A., listopad 2024)

Dalsze zwiększanie mocy zainstalowanej w krajowej fotowoltaice – a zwłaszcza w tej prosumenckiej –już w najbliższych latach doprowadzi w sposób nieuchronny do sytuacji, że w pewien piękny, bezchmurny dzień około południa słonecznego krajowy system elektroenergetyczny dozna takiej destabilizacji, że utraci w związku z tym jakiekolwiek zdolności regulacyjne. Będzie przez to w tym momencie całkowicie niesterowalny, co zakończy się powszechnym blackoutem na obszarze całego naszego państwa. Tego rodzaju zdarzenie może mieć miejsce już na wiosnę przyszłego roku. Dysponując stosowną wiedzą inżynierską uważam, że taki czarny scenariusz jest w przyszłości wręcz nieuniknion. Tym bardziej, że według niezwykle ambitnych planów, moc zainstalowana w krajowej fotowoltaice ma w 2030 roku sięgnąć wartości nawet 40 GW.

Pozostaje tylko pytanie o zasadność budowy w naszym kraju kolejnych farm fotowoltaicznych. W okresie, kiedy mogłyby one potencjalnie pracować ze swą pełną mocą, to i tak trzeba je będzie przymusowo przez operatora od sieci przesyłowych odłączać, aby nie naruszyć ograniczeń bilansowych krajowego systemu elektroenergetycznego i nie spowodować przez to blackoutu. W rozważanym kontekście warto zapytać także o zasadność (bądź raczej jej brak) dyrektywy unijnej EPBD. Zgodnie z nią, każdy nowo wzniesiony budynek już po 1 stycznia 2030 roku będzie musiał posiadać na swym dachu panele fotowoltaiczne.

Dalsze powiększanie mocy zainstalowanej w polskiej fotowoltaice w żadnym wypadku nie rozwiąże naszych problemów energetycznych. Już obecnie mniej więcej w okresie od równonocy wiosennej do równonocy jesiennej, w godzinach okołopołudniowych operator krajowego systemu elektroenergetycznego zmuszony jest prawie codziennie dokonywać redukcji mocy wprowadzanej do sieci przesyłowych przez wybrane farmy fotowoltaiczne. W rezultacie tego udział fotowoltaiki w krajowym miksie energetycznym jest nader skromny, co można zobaczyć na rys. 4. Nie ma szans, aby mógł istotnie przekroczyć barierę 10%, ponieważ w tym wypadku doszliśmy już do ściany z napisem „prawa fizyki”, a głową przecież muru nie przebijemy.

Rys. 4. Polski miks energetyczny za rok 2024
(źródło: https://globenergia.pl/oze-tak-bylo-w-2024-a-tak-bedzie-juz-zaraz-analizujemy-zmiany-w-miksie-energetycznym/)

Powyższy fakt kontrastuje oczywiście z gigantyczną wręcz wartością mocy zainstalowanej w polskiej fotowoltaice. Jak tu wspomniano, jeszcze w bieżącym roku przekroczy ona prawdopodobnie wartość 25 GW. Będzie to stanowiło nieco więcej niż sześć razem wziętych, potężnych elektrowni węglowych tej wielkości co zakład w Kozinicach. Wytworzonej energii z tej fotowoltaiki mamy w Polsce „tyle, co kot napłakał”.

Nie porównujmy się też z Hiszpanią, południowymi Chinami czy Kalifornią. Leżą one na zdecydowanie innych szerokościach geograficznych, gdzie nasłonecznienie jest bez porównania większe niż w Polsce i w związku z tym inna jest ich opłacalność.

W kontekście powyższego należy stwierdzić, że wszelkie programy rządowe dopłat do instalacji fotowoltaicznych, a także wypłacanie rekompensat za nieodebraną od nich energię podczas tzw. nierynkowego redysponowania jednostek wytwórczych w krajowym systemie elektroenergetycznym to jedne wielkie marnotrawstwo środków publicznych. Rozmiary tego gigantycznego nadużycia przewyższają prawdopodobnie nawet aferę FOZZ-u z końca ubiegłego wieku. Fotowoltaika w krajowym miksie energetycznym i tak nie jest bowiem w stanie niczego istotnie zmienić. 70% wytwarzanej w naszym kraju energii nadal pochodzi ze spalania paliw kopalnych, a niestabilne ze swej natury OZE nie są w stanie tych proporcji odwrócić.

Dr inż. Mirosław Gajer, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie