Kiedy w 1991 roku rozpoczęło pracę 11 turbin pierwszej na świecie morskiej farmy wiatrowej (MFW) Vindeby w Danii, większość ekspertów była zgodna, że ta technologia ma zbyt wiele ograniczeń, aby stać się dominującym sektorem energetyki odnawialnej.

Gdy jednak w 2017 roku ten pionierski projekt o łącznej mocy 5 MW został zdemontowany, sytuacja na globalnym rynku była diametralnie odmienna od prognozowanej.

Po kolejnych 5 latach, w połowie 2022 roku, stan sektora wskazuje, że tempo budowy kolejnych wielkoskalowych farm jeszcze wzrośnie, a to oznacza także nowe wyzwania.

Jednym z ważniejszych jest badanie wpływu morskich turbin na środowisko, w tym na organizmy morskie.

Pierwsze obserwacje

Po uruchomieniu Vindeby w 1991 roku rozwój nowych morskich farm wiatrowych był powolny. W ciągu następnych dziesięciu lat wybudowano tylko kilka kolejnych instalacji – w Danii, Szwecji, Holandii i Wielkiej Brytanii. Ponieważ pierwsze farmy były tak naprawdę projektami pilotażowymi, to główny nacisk położono na wykonalność techniczną, a nie na porównywanie kosztów z innymi źródłami energii odnawialnej. Istotnym jednak elementem projektów było zbadanie wpływu turbin na morskie organizmy.

Podczas eksploatacji pierwszych farm zauważono między innymi, że fundamenty turbin mogą działać jak sztuczne rafy, zapewniając powierzchnię, do której przyczepiają się skorupiaki. W  konsekwencji następował nie tylko wzrost liczby skorupiaków, ale też zwierząt, które się nimi żywią. Dodatkowo stwierdzono wyraźnie tzw. efekt osłony – buforowa strefa bezpieczeństwa otaczająca turbiny wiatrowe stała się de facto rezerwatem morskim. Wskutek wyłączenia żeglugi i  połowów z bezpośredniej strefy zwiększyła się liczebność ryb, w tym drapieżników, przy jednoczesnym zmniejszeniu ryzyka przyłowu w narzędziach połowowych.

Jedno z pierwszych systemowych badań na temat wpływu farmy Vindeby ukazało się w 2002 roku i dotyczyło obserwacji połowów zawodowego rybaka, który miał pozwolenie na rozstawianie sieci między turbinami. Zaobserwował on ogólny wzrost populacji ryb, ale jednocześnie zwrócił uwagę na okresową migrację turbota (Psetta maxima), z obszaru farmy w okresach silnych wiatrów (powyżej 10 m/s). Szczegółowe obserwacje i testowe połowy nie potwierdziły tego zjawiska ani nie wskazały ewentualnych przyczyn – choć jako potencjalne odstraszające oddziaływanie wskazywano pole elektromagnetyczne wytwarzane przez kable podmorskie. Brak jednoznacznych wniosków co do negatywnego wpływu pracujących turbin na turbota, przy wyraźnym  zwiększeniu populacji innych gatunków, stały się bezpośrednim bodźcem do dalszych badań i obserwacji podwodnego środowiska tej i innych farm wiatrowych.

Fundament ma znaczenie

Wczesne (po 2005 roku) badania dotyczące wpływu morskich turbin wiatrowych na bioróżnorodność koncentrowały się na skutkach przyrostu siedlisk. Udokumentowano dzięki nim kolonizację i agregację licznych gatunków skorupiaków i ryb blisko fundamentów, szczególnie w pierwszych latach po uruchomieniu farmy. Ten tak zwany efekt sztucznej rafy jest dobrze znany z innych antropogenicznych struktur morskich i jest wykorzystywany do poprawy lokalnych siedlisk w celu wspierania bioróżnorodności, a także pośrednio turystyki i rybołówstwa.

Liczne i dobrze udokumentowane badania dotyczyły fundamentów morskich turbin jako podbudowy dla sztucznej rafy, ale jedocześnie zwracano uwagę na negatywny efekt, który może wystąpić, jeśli obszar farmy będzie funkcjonować jako platforma introdukcji gatunków nierodzimych. Sztuczna rafa może również zmieniać lokalne wzorce bioróżnorodności, szczególnie jeśli niektóre gatunki odnoszą większe korzyści niż inne. Dotyczy to takich organizmów jak meduzy lub omułek jadalny (Mytilus edulis), który jest dominującym gatunkiem bezkręgowca na podłożach skalistych Bałtyku i Morza Północnego. Z kolei badania na rybach pokazują, że kilka gatunków, takich jak bielmik (Trisopterus luscus), dorsz (Gadus morhua), ostrobok (Trachurus trachurus) i babka plamista (Gobiusculus flavescens) może przebywać w dużym zagęszczeniu w odległości od kilku do kilkudziesięciu metrów od turbin. Zwiększona liczebność drobnych ryb przyciąga do obszaru farmy także gatunki drapieżne, a utworzone siedliska są wykorzystywane jako stałe obszary żerowania.

Obserwacje wzrostu liczebności prowadzono głównie w małej skali przestrzennej, tj. w pobliżu turbin, ale nie odnotowano oddziaływań w całej skali MFW. Można to wytłumaczyć faktem, że fundamenty turbin (sztuczne rafy) zazwyczaj obejmują jedynie niewielką część całkowitego obszaru morskiej farmy wiatrowej. Zakres oddziaływania zależy również od względnego wzrostu złożoności siedliska w porównaniu z pierwotnym podłożem. Prawdopodobnie w wielu przypadkach decydujące o poprawie bioróżnorodności było także zastosowanie ochrony obszarów dennych podczas budowy farmy. W przypadku bezkręgowców duży wpływ na proces kolonizacji sztucznej rafy ma także rodzaj materiału budowlanego użytego do fundamentu. Zaobserwowano, że zbiorowiska bentosowe są mniej zróżnicowane na fundamentach wykonanych ze stali niż z betonu, chociaż niekoniecznie miało to wpływ na całkowitą liczebność i biomasę. Stopień zasiedlenia gatunków na nowym podłożu jest również związany z lokalną pulą gatunków, w szczególności z obecnością gatunków o ruchliwych stadiach młodocianych.

W badaniu z 2009 roku naukowcy z Uniwersytetu w Hull, wskazali, że wielkość netto siedliska stworzonego przez najpopularniejszy projekt morskiej turbiny wiatrowej – monopal – jest do 2,5 razy większa od wielkości obszaru utraconego w wyniku instalacji turbiny, zapewniając w ten sposób zysk netto. Mimo że zdobyte siedlisko może mieć inny charakter niż to, które zostało utracone.

W 2015 roku ukazało się interesujące badanie dotyczące długoterminowego wpływu morskiej farmy wiatrowej Horns Rev na liczebność i rozmieszczenie przestrzenne ryb, które wykazało, że różnorodność gatunkowa była znacznie większa w pobliżu turbin oraz że sztuczne struktury raf były wystarczająco duże, aby przyciągnąć gatunki ryb preferujące siedliska skaliste.

Z punktu widzenia bioróżnorodności fundamenty są na tyle cenne, że w raportach oddziaływania na środowisko zakłada się coraz częściej, że zostaną one zachowane po demontażu turbin. W czasie likwidacji farmy zniszczona zostaje znaczna część sztucznej rafy, stanowiąca miejsca bytowania, żerowania, schronienia i rozrodu wielu gatunków ryb. Może to spowodować spadek liczebności i różnorodności ichtiofauny. Dodatkowo usunięcie podwodnej infrastruktury umożliwia ponowne prowadzenie połowów na tym obszarze. Może to zniwelować korzystny wpływ, jaki przyniosło zaprzestanie działalności rybackiej na ichtiofaunę, a szczególnie na procesy rozrodcze niektórych gatunków ryb, jak dennik (Liparis liparis), ryby babkowate.

W raporcie OOŚ dla morskiej farmy wiatrowej Baltica wykazano, że zwiększenie bioróżnorodności będzie na tyle cenne, że w zależności od przyjętej technologii fundamentowania może zaistnieć potrzeba pozostawienia pod wodą fragmentów konstrukcji, na których utworzyła się sztuczna rafa. W takim przypadku fundamenty zostaną odpowiednio zabezpieczone i oznakowane ze względów bezpieczeństwa. Po całkowitej likwidacji MFW krajobraz na powierzchni morza w obrębie farmy powróci do stanu sprzed inwestycji, ale podwodne struktury z bogatym życiem biologicznym mogą stać się dodatkowo atrakcją turystyczną – szczególnie dla nurkowania rekreacyjnego.

Farma wiatrowa jako farma omułkowa

Tworzenie raf ostryg i małży na fundamentach turbin wiatrowych jest jednym z najlepiej udokumentowanych pozytywnych efektów towarzyszących tej technologii. Sztuczne rafy zapewniają pożywienie, schronienie i miejsca lęgowe dla wielu gatunków, a także poprawiają jakość wody, co zdaniem naukowców może mieć zasadnicze znaczenie dla odbudowy szerszego ekosystemu Morza Północnego, a także Bałtyku. Obecnie na tych akwenach pozostało bardzo niewiele miejsc, w których larwy skorupiaków mogą się przyczepiać i tworzyć naturalne nowe rafy. Cecha podwodnych fundamentów siłowni wiatrowych, jaką jest zdolność do szybkiej budowy sztucznej rafy, zwróciła także uwagę na dodatkowe komercyjne wykorzystanie instalacji jako farm hodowlanych dla jadalnych skorupiaków. Obecnie ponad 50% rocznych światowych zbiorów małży pochodzi z Europy. Ze względu na konflikty z innymi formami użytkowania morza i brak dostępności naturalnych formacji skalnych, hodowcy omułków szukają obszarów oddalonych od brzegu. Farmy wiatrowe pozwalają na hodowlę omułków nie tylko na fundamentach, ale także za pomocą innych technik, jak zawieszone na specjalnych pływakach liny między turbinami. Oprócz produkcji małży konsumenckich brana jest również pod uwagę hodowla larw małży.

W 2010 roku projekt badawczy Coastal Future realizowany przez niemieckich naukowców z Bremerhaven wskazywał, że cena wyprodukowanego kilograma małży na farmie (do dalszego przetworzenia) powyżej 0,6 EUR pozwala na uzyskanie rentowności takiego przedsięwzięcia. Znaczny wzrost cen skorupiaków, przy jednoczesnym zwiększeniu popytu wśród konsumentów powoduje, że produkcja małży na farmach wiatrowych ma szansę w najbliższych latach stać się popularna. Oprócz gatunku małży, jakim jest omułek jadalny, naukowców interesuje także wykorzystanie podwodnej infrastruktury do hodowli ostryg oraz przegrzebków. W ramach programu badawczego United współfinansowanego ze środków unijnych Horyzont 2020, na belgijskich morskich farmach wiatrowych hodowane są zarówno same ostrygi, jak i larwy ostryg do przyszłych akwakultur. Projekt ma zakończyć się w przyszłym roku, ale wstępne wyniki są bardzo obiecujące.

Niezależnie od walorów hodowlanych podstawowym celem tego typu projektów jest odtwarzanie siedlisk dla cennych, zagrożonych gatunków roślin i zwierząt. W czerwcu 2022 r., w ramach projektu ReCoral na tropikalnych wodach Tajwanu, naukowcy rozpoczęli testy nowatorskiej metody rozmnażania i hodowli koralowców na stalowych fundamentach morskich turbin wiatrowych. Projekt ReCoral zakłada nieinwazyjne zbieranie nadmiaru ikry koralowców naturalnie wypłukiwanej na brzeg. Następnie po sztucznym zapłodnieniu i wyhodowaniu w laboratorium młode larwy będą przyczepianie do fundamentów morskich turbin wiatrowych. Co ważne – fundamenty pozwalają na osiedlanie kolonii koralowców na każdej głębokości. To pozwala na dobór optymalnej temperatury i nasłonecznienia. Jeśli ReCoral zakończy się sukcesem, metoda hodowli koralowców może zostać wdrożona na dużą skalę, a wiedza i techniki opracowane w ramach projektu staną się dostępne dla innych deweloperów farm wiatrowych na morzu.

Pływający wiatr a bioróżnorodność

Ze względu szybko rosnącą popularność technologii pływających farm wiatrowych i plany budowy kolejnych instalacji, naukowcy analizują ich potencjalny wpływ na środowisko. Szczególnie ważny i cenny może być lokalny efekt minimalizujący negatywne skutki ocieplenia klimatu. Chodzi o zjawisko sezonowego ocieplania powierzchni wody, przy jednoczesnym utrzymaniu stałej niskiej temperatury w głębszych warstwach. Takie uwarstwienie (stratyfikacja) powoduje wiosną potężną eksplozję życia morskiego, ponieważ fitoplankton kwitnie w ciepłych wodach powierzchniowych, tworząc podstawę łańcucha pokarmowego dla ryb, ptaków morskich i ssaków. Niestety składniki odżywcze w nasłonecznionej warstwie powierzchniowej szybko zostają wyczerpane przez masowe namnażanie fitoplanktonu (głównie sinic) i dochodzi do szkodliwego zjawiska zakwitu. Martwe glony i sinice toną, przedostając się do dennych warstw morza, gdzie ulegając rozkładowi, zużywają tlen szybciej, niż może on zostać uzupełniony w rezultacie naturalnych procesów falowania. Zdaniem naukowców pływające fundamenty, elementy kotwiczne oraz unoszące się toni kable, będą generować dodatkowe fale, powodując mieszanie się warstw wody o różnych temperaturach, a także dodatkowe utlenianie. We wnioskach naukowcy prognozują, że rozwój morskiej energetyki wiatrowej w efekcie końcowym będzie zwiększać produktywność i bioróżnorodność mórz i oceanów nie tylko w skali lokalnej, ale także globalnej.

Literatura:

Buck, B. H., Ebeling, M. W., & Michler-Cieluch, T. (2010). Mussel cultivation as a co-use in offshore wind farms: potential and economic feasibility. Aquaculture Economics & Management, 14(4), 255-281.

Engell-Sorensen, K. (2002). Possible effects of the offshore windfarm at Vindeby on the outcome of fishing. The possible effects of electromagnetic fields. Report prepared by Bio/consult as to SEA.

Langan, R. (2013). Mussel culture, open ocean innovations. Sustainable Food Production, 1229-39.

Lindeboom HJ, Kouwenhoven HJ, Bergman MJN, Bouma S, Brasseur S, Daan R, Fijn RC, De Haan D, Dirksen S, van Hal R, Hille Ris Lambers R, ter Hofstede R, Krijgsveld KL, Leopold M, Scheidat M. (2015). Short-term ecological effects of an offshore wind farm in the Dutch coastal zone; a compilation. Environ Res Lett. 2011, 6: 035101-10.1088/1748-9326/6/3/035101.

Maar M, Bolding K, Petersen JK, Hansen JLS, Timmermann K. (2009): Local effects of blue mussels around turbine foundations in an ecosystem model of Nysted off-shore wind farm, Denmark. J Sea Res. 62: 159-174. 10.1016/j.seares.2009.01.008.

Morska farma wiatrowa Bałtyk Środkowy III, Raport o oddziaływania na środowisko, tom VI. (2015). Grupa Doradcza SMDI,

Raport o oddziaływaniu na środowisko Morskiej Farmy Wiatrowej Baltica. (2017). Instytut Morski w Gdańsku. Gdańsk,

Wilhelmsson D, Malm T, Öhman MC. (2006). The influence of offshore windpower on demersal fish. ICES J Mar Sci. 2006, 63: 775-784. 10.1016/j.icesjms.

Wilson, J. C., & Elliott, M. (2009). The habitat creation potential of offshore wind farms. Wind Energy: An International Journal for Progress and Applications in Wind Power Conversion Technology, 12(2), 203-212.

https://www.h2020united.eu/pilots/2-uncategorised/42-offshore-wind-and-flat-oyster-aquaculture-restoration-in-belgium

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/9/3/034012/meta

orsted.com

https://www.eib.org/attachments/pipeline/20070322_nts_en.pdf



Dr inż. Piotr Biniek




CIRE poleca przy okazji 

Rozmowy z firmami tworzącymi w Polsce offshore wind biznes