7 mitów energetyki odnawialnej

Dziś odcinek 1 cyklu- 7 mitów energetyki odnawialnej.

MIT 1 - System energetyki Niemiec jest oparty o małą fotowotaikę na dachu.

Dyskutując o energetyce odnawialnej od razu przywołujemy przykład Niemiec, jako absolutnego prymusa i podświadomie myśląc o ich zielonej energii widzimy panele fotowoltaiczne na każdym dachu jednorodzinnego budynku. Tymczasem rzeczywistość jak zwykle trochę odbiega od idealistycznego obrazka. Sukces zielonej energii w Niemczech jest bezdyskusyjny – w 2014 roku wyprodukowano z niej tam prawie 27% całkowitej produkcji energii. Zwolennicy od razu podają też astronomiczną ilość mocy zainstalowanej w energetyce słonecznej – ponad 38 GW. Tymczasem jednak warto zwrócić uwagę na to że:

moc zainstalowana to nie produkcja (elektrownie słoneczne produkują tylko w wybranych godzinach przy nasłonecznieniu, wiatr tylko wtedy, kiedy wieje), a całkowita energetyka odnawialna w Niemczech (te 27%) to nie dominująca produkcja (tu cały czas króluje węgiel energetyczny (brunatny – 26% i kamienny 18% – wiec razem 44%)

Tu niemiecka produkcja energii w 2014 (11 miesięcy)

Tu moce zainstalowane

energetyka odnawialna w Niemczech to nie tylko wiatr i słońce – tak naprawdę te 27% produkcji (być może ok 31% w 2015) to składanka różnych zielonych elektrowni – najwięcej wiatrowych 10%, prawie tyle samo biomasa (warto zwrócić uwagę na dynamikę wzrostu), ciągły udział elektrowni wodnych (4%) i właśnie energetykę słoneczną (ok. 7% całkowitej produkcji w 2015). Energetyka słoneczna to więc nawet nie ćwiartka zielonej niemieckiej energii)

Tu rysunek jak zmienia się produkcja zielona w Niemczech (rośnie), ale jest kombinacja różnych typów elektrowni - słoneczne ostatnio rosną najszybciej, ale nie są największe

niemiecka energia słoneczna to nie same panele fotowoltaiczne na dachach prywatnych domów – poniżej obrazek jaki jest udział elektrowni różnych mocy. Panele na domach jednorodzinnych to zakres do 2 – 3,5 kW. W Niemczech stawki dofinansowania są ustawiane dla przedziału od 0-10kW, więc tak monitorowana jest ilość mikroelektrowni (u nas podział na dwa do 3 i 3-10). Jak widać panele na dachach domów (tych małych i tych bardzo dużych) to dziś max 20% produkcji odnawialnej. Tak więc te instalacje na dachach w Niemczech są odpowiedzialne finalnie za maksymalnie ok 1,5 % całkowitej produkcji energii (!) (20% z 7% generowanej przez cała energetykę słoneczną).

Większość produkcji to jednak elektrownie słoneczne (duża moc zainstalowana), a nie małe instalacje (te obecnie tylko 20%)

MIT 2 - Uwolnijmy inicjatywę i pieniądze obywateli

Czy fotowoltaika to dobra inwestycja dla średniozamożnych czy też dla wielkich inwestorów?

Sięgamy oczywiście do stron producentów i firm instalujących panele takich jak ta tutaj a więc używamy obiektywnych i pozytywnych dla fotowoltaiki danych.

Cena 1 m2 paneli – należy liczyć się z kosztem ok. 8 tys. PLN (jeśli odrzucimy, ryzykowną najniższa półkę produktową za cenę 6 tys./m2).
1 kW mocy zainstalowanej paneli fotowoltaicznych to ok. 1MWh produkcji rocznie (zaokrąglam produkcję trochę w górę).
Roczna konsumpcja dla przeciętnego domu to ok. 3 MWh (to z kolei zaokrąglone w dół, jeśli mamy klimatyzacje i inne udogodnienia to raczej 5 minimum) . Płacimy za to (taryfa G11, dzisiejsze ceny) 2000 zł rocznie.
Żeby uzyskać 3 MWh rocznej produkcji niestety nasze panele musza mieć ok. 20 m2. 1 kW zainstalowanej – 1 MWh rocznej produkcji wymaga ok. 6 do 7 m2 paneli. Przykład opłacalności ze strony (teoretycznie 8 lat na rysunku na tej stronie) – proszę jednak uważać – obecne forma ustawy o OZE (i jej zmiany) nie pozwala na jednoczesną dotację (40% dofinansowania) i sprzedawania jako prosument, także w praktyce obniża możliwości sprzedawania dla prosumenta (do 64 gr za kWh) wiec okres zwrotu z inwestycji prawie się podwaja i wynosi ok. 12-16 lat.

Nie możemy całkowicie odciąć się od sieci, gdyż nie możemy magazynować energii. W przyszłości dadzą taką możliwość domowe zasobniki energii (jak PowerWall Tesli), ale wówczas nasza inwestycja będzie co najmniej 2 razy droższa. Oszczędności przyniesie albo produkcja z własnych paneli na własne potrzeby (tylko częściowe pokrycie rachunku) i sprzedawania nadwyżek do sieci (jako prosument). Nie wnikając w zawiłości (u nas obecnie koszt energii kupowanej z sieci i sprzedawanej jako fotowoltaiczny prosument jest zbliżony) dla parametrów małego domu i 3kW mocy zainstalowanej przychody to właśnie ok. 2 tys. rocznie.

Profil zużycia energii w typowym domu - pomimo instalacji fotowoltaicznych dalej ok. 64% zużycia jest pobierane z sieci, głównie szczyt wieczorny i poranny

A tu jeśli możliwe byłoby magazynowanie energii w domowych zasobnikach. Praktycznie można odłączyć się od sieci, gdyż zapotrzebowanie pokrywamy z własnej produkcji i potem z zasobnika szczyt wieczorny, możemy mieć tylko małe braki na rano

http://reneweconomy.com.au/2015/what-the-tesla-powerwall-battery-means-for-households-61055

Warto jednak policzyć nasz koszt inwestycyjny – w nie największym domu musimy zainwestować minimum ok. 24 – 30 tys. złotych, (3m2 paneli) więc dla uwolnienia energii obywateli musimy spełniając następujące warunki:

mamy dom (lub przestrzeń dla instalacji paneli)
mamy dobry kierunek dla ustawienia paneli (nie mamy dachu na północ)
mamy 20m2 miejsca na dachu na ustawienie paneli
mamy 25-30 tys. zł minimum dla inwestycji i przygotowujemy się na odzyskiwanie ich w tempie 2 tys. rocznie (pomijam dyskontowanie) lub korzystamy z kredytu i 40% dofinansowania, ale nie możemy sprzedawać wówczas po stawce prosumenta – więc uzyskujemy maksymalnie połowę przychodów.

Uwzględniając to, że w Polsce jest ok. 220 tys. domów, a średnia miesięczna płaca wg GUS to ok. 4200 brutto to wydaje się, że jednak większość mieszkańców nie uwolni swojej energii, a nowe inwestycje zostaną zarezerwowane dla wyższej klasy średniej. Trzeba mieć jasność, że jest to oferta skierowana do osób średnio lub bardzo zamożnych (także w Niemczech) i nie ma wpływu na rodziny, które nie mają oszczędności lub pieniędzy na długoterminowe inwestycje. Widać też, jakie powinny być stawki prosumenta, lub sama cena energii, aby „uwolnienie obywateli” było szybsze. W praktyce powinniśmy albo podnieść ceny energii dwukrotnie albo jeszcze wyżej windować dopłaty do prosumenta lub z budżetu państwa pokrywać cała inwestycję. Jak to się udało w Niemczech – warto popatrzeć na ich ceny dziś – prosument dostaje znacznie mniej – ok. 40 gr/kWh, ale za to ceny energii dla właścicieli domów są dwa razy wyższe – ok 1,2 zł/kWh. Opłacalność inwestycji to ok 8-12 lat, dynamika inwestowania trochę siadła, ponieważ spadły stawki i większość korzystnie ustawionych dachów została już pokryta.

Warto więc może zrealizować instalację tych 300 MW jak planuje nowa ustawa o OZE i przyglądać się trendom i opiniom małych inwestorów.

MIT 3 - Szansa na innowacyjny przemysł w Polsce.

Energetyka odnawialna, a zwłaszcza fotowoltaika jest często przywoływana jako super innowacyjny sektor hi-techowy, który wprowadza wielkie ilości nowych miejsc pracy oraz stymuluje badania i rozwój. Niestety trzeba pozbawiać się złudzeń, że w globalnej konkurencji, nasze fabryki mogą znaleźć swoje miejsce na mapie producentów. Ostatnie lata to dominacja Chin w dostawach, blokowana ostatnio przez cła zaporowe (w Europie i w USA), inaczej zjadłyby ostatnie kawałki światowego rynku. W przyszłości należy się jednak przyzwyczaić do tego, że sama produkcja paneli odbywać się będzie w Azji, a projektowanie i badania w Niemczech i USA, nam pozostaje raczej rola inteligentnego montażu i kompletacji dostaw.

Gdzie tak naprawdę produkuje się panele - Chiny i Tajwan są w przewadze, trochę ROW (rest of the world), udział Europy a także USA jest już niestety minimalny

Dynamika pokazująca jak produkcja fotowoltaiki przeniosła się do Chin i Tajwanu, a te państwa wykorzystały możliwość oferty po najniższych kosztach

Jak jest też z ilością zatrudnionych osób w sektorze „słonecznym”. W całych Niemczech, przy całej ich dynamice i 34GW mocy zainstalowanej, zatrudnionych jest ok. 60 tys. pracowników. Tutaj link do strony. Planując powstanie wielu miejsc pracy w Polsce należy odpowiednio proporcjonalnie mnożyć tą liczbę (np. nasza mocą zainstalowaną) i pamiętać, że jednak nie będą to miejsca pracy dla projektantów, a raczej dla sprzedaży, dostaw i montażu.

MIT 4 - Ratujemy kraj przed blackoutem.

Instalacja fotowoltaiki uratuje kraj przed problemami energetycznymi – i tak i nie. Fotowoltaika działa w lecie (i istotnie jeśli w takiej ilości jak w Niemczech pomaga z problemach gorących dni) natomiast zawsze zależy od pogody. Korzystnie współpracuje z wiatrem (zazwyczaj), ale nie stanowi remedium na wszystkie problemy, gdyż pokazują się też w Niemczech tygodnie jak poniżej:

Styczniowy tydzień w Niemczech z rekordowo niską produkcją z wiatru i słońca

I niemiecka generacja mająca duże nadwyżki w elektrowniach gazowych, a więc zapas mocy w każdych warunkach

Generalny trend jest oczywiście korzystny (współpraca wiatru ze słońcem), ale są to nie do końca przewidywalne formy generacji energii i nawet doskonałe niemieckie prognozowanie prowadzi do zaburzeń na rynku i problemów w systemie.

Średnio-miesięczna produkcja w Niemczech - energetyka wiatrowa i słoneczna. Oczywisty trend jest taki, że jest więcej słońca w lecie, rekompensowany jest lepszym wiatrem w zimie. Kłopot z poszczególnymi dniami lub tygodniami ekstremalnej pogody w lecie (mniej groźne) lub bezwietrznym styczniem (zdarza się)

Nie zawsze da się wszystko przewidzieć. Złe zaplanowanie elektrowni do pracy i nadmiar energii odnawialnej w nocy (którą obowiązkowo należy odebrać) wypycha energię z klasycznych elektrowni, których nie można wyłączyć. Prowadzi to do paradoksu - "ujemnych cen" - płaci się odbiorcy (nawet dużo) żeby tylko zużył energię

Nie zawsze da się wszystko przewidzieć - w drugą stronę. Zbyt optymistyczna prognoza generacji odnawialnej i brak pracujących elektrowni klasycznych powoduje szybowanie cen w górę

MIT 5 - Najtańsza możliwość inwestycji w nowe źródła

W naszych czasach nawet dżentelmeni muszą rozmawiać o pieniądzach. Sukces niemieckiej energetyki odnawialnej okupiony jest oczywiście dotacjami i subsydiami. A rządowe pieniądze jak zawsze na końcu wyciągane są z kieszeni obywateli. Energetyka odnawialna działa na zasadzie FiT (feed-in-tarriff) - gwarantowanej ceny zakupu energii i gwarantowanego odbioru całości wyprodukowanej energii (klasyczna energetyka może tylko o takich warunkach pomarzyć). W Niemczech konsekwentnie wysoko przepłacano fotowoltaikę (w roku 2005 stawki wynosiły nawet ponad 50 euro centów za kWh – czyli ponad 2000 zł/MWh), ale są stopniowo obniżane by wylądować ostatnio na poziomach 10-12 eurocentów (a wiec dla prosumentów mniej niż w naszej ustawie). Gwarantowany odbiór zielonej energii po wysokiej cenie robi mniej miejsca dla energii klasycznej – wobec tego ta energia tanieje na giełdzie (rynek hurtowy) i jest dziś za ok. 30 euro/MWh.

Ścieżki cenowe w Niemczech - wspomaganie energii odnawialnej i ceny energii dla przemysłu i użytkowników indywidualnych

Ktoś zyskuje i ktoś traci. Widoczny jest zdecydowanie rosnący trend cen energii elektrycznej dla użytkowników prywatnych (niemiecki przemysł jest chroniony i na niego koszty subsydiów nie są przenoszone). Odpowiednik naszej taryfy G11 (z mieszkań) co wynosi ok. 0,65 zł/kWh to w Niemczech poziom 29 eurocent/kWh (1,2 zł/kWh – prawie 2 razy drożej). Paradoksem często używanym w lobbowaniu jest to, że energia w Niemczech na rynku hurtowym jest tańsza niż w Polsce (30 euro wobec 165 zł/MWh), ale jak widać nie ma to nic wspólnego z ceną dla odbiorców indywidualnych, z których kieszeni finansowana jest taka obniżka.

Oczywiście prawa fizyki i ekonomii zawsze są zachowywane. Akcja równa się reakcji - W zależności od poziomu FiT (gwarantowanych cen), dany typ energetyki rozwija się wolniej lub szybciej. Przywoływany często szybki wzrost instalacji fotowoltaiki wynika z obniżania się kosztów paneli (aczkolwiek jak widać ostatnio koszty trochę stanęły w miejscu). Przyrost nowych mocy w 2014 i teraz w 2015 zwolnił znacznie, gdyż obniżono taryfy FiT i jest dłuższy okres zwrotu. Większość łatwo dostępnych dachów z widokiem na południe zostało już zbudowanych a większość potencjalnych inwestorów już wykorzystało swoje pieniądze i kredyty . Aczkolwiek 1-2 tys. nowych MW mocy rocznie to i tak imponujący wynik.

Koszt paneli i ilość nowych MW w Niemczech. Szczyt dynamiki w 2010 - 2012

Wreszcie na sam koniec – ile to kosztuje i dlaczego nie powtarzamy tej strategii w Polsce. Na rysunku – dopłaty w Niemczech, skala w M oznacza wydatki w miliardach (!) euro. Inwestycja zarówno innowacyjna, modna jak i kosztowna. Dziś roczne wydatki (które przenoszone są w rachunki obywateli) to ponad 16 mld Euro. Koszty operacji trochę też przestraszyły niemieckie urzędy, stąd też mocny zwrot od 2013 w kierunku obniżania stawek FiT i naciskania na konkurencję – aukcyjne systemy wyboru nowych elektrowni. Widać też, że fotowoltaika jest zarówno spektakularna w mocach jak i w kosztach dopłat. W niemieckiej gospodarce skala takich inwestycji się rozmywa, a ten zwrot w stronę słońca potrzebny był z uwagi na konieczność uzupełniania niestabilności wiatru w lecie. Można to wszystko oczywiście znacznie taniej zorganizować za pomocą innej energetyki, ale z drugiej strony koszty dla dobrze działającej niemieckiej gospodarki nie są wysokie, a jednocześnie zielona polityka europejska poprawia jej konkurencyjność (zmusza ewentualnych konkurentów do astronomicznych wydatków).

Roczne koszty wspomagania energetyki odnawialnej w Niemczech (miliardy euro)

MIT 6 - Szansa dla milionów mieszkań w Polsce.

Czekamy na finalizację projektu Google, w którym będzie mógł łatwo obliczyć sobie możliwości produkcyjne z własnego dachu. Przypominam, że dla 1KW mocy zainstalowanej (i produkcji ok. 1 MWh w roku) musimy mieć w przybliżeniu 6-7 m2 paneli na dachach skierowanych na południe. Same warunki dla produkcji energii odnawialnej w Polsce są dość przeciętne i słabsze niż u sąsiadów − nie najlepsze nasłonecznienie i niezbyt silne wiatry.

Słońce - warunki dla energetyki Europa i Niemcy

Wiatr - im bardziej zielono tym lepiej. Cała góra Niemiec optymalna, w Polsce odpowiada im obszar nadmorski i północny zachód

Porównując się z doświadczeniami innych musimy więc uwzględnić mniejsze możliwości (tak góra 75% niemieckich) i ten problem z zabudową (indywidualnych domów jest proporcjonalnie znacznie mniej). O samych możliwościach inwestycyjnych polskich rodzin wspominaliśmy wcześniej.

MIT 7 - Czysty przemysł energetyczny.

W dzisiejszym świecie bez granic, trudno, technicznie zakreślić granicę gdzie zanieczyszczenia mogą być produkowane i składowane bez negatywnego wpływu na środowisko. Łatwiej zrobić to prawnikom i lobbystom, a nasze marzenia o czystym i idealnym świecie ograniczyć do Europy i to jej najbardziej rozwiniętych obszarów. Europejskie regulacje energetyczno-przemysłowe zapominają, że zanieczyszczenia nie uznają granic ani ograniczeń tworzonych przez polityków i prawników. Pytanie, o którym często zapominamy – czy rosnący udział produkcji Chin (i innych azjatyckich czy afrykańskich krajów) wynika tylko z niskich kosztów pracy ludzkiej czy też, bardziej prozaicznie, z mniejszej uwagi na problemy środowiskowe. Fotowoltaika, jako najbardziej rozwinięta i preferowana forma produkcji czystej i odnawialnej energii, jest tak jak każda zaawansowana technologia, również wymagająca technologicznie. Sam typowy proces przygotowania ogniw wymaga krzemu, ale zagłębiając się w szczegóły dość skomplikowanego procesu technologicznego widzimy i konieczność tworzenia polisilikonu, a przy okazji powstania dość wrednego odpadu tetrachlorku krzemu. Toksyczne odpady można poddawać recyklingowi, ale można też po prostu pakować do ziemi co było dość powszechne w Chinach i wymusiło w 2011 nagłą regulację obowiązkowego przetwarzania 98,5% tetrachlorku. Regulacja jest, rzeczywistość jak zawsze idzie w różne strony i zanieczyszczenie powietrza, gleby i wody w krajach, do których przeniosła się produkcja paneli jest zastraszająca. W innych przypadkach proces technologiczny wymaga obecności trójfluorku azotu NF3, który z kolei jest wyjątkowo agresywny z punktu widzenia efektu cieplarnianego (17000 razy jak CO2). W komponentach znajdziemy też zwykle ołów, kadm lub selen. Nie ma co udawać, ale słabsza kontrola czy wręcz celowe unikanie kosztownej ochrony środowiska było jedną z przyczyn wygrania przez Chiny wyścigu w produkcji paneli, ale i właściwie wszystkich maszyn i urządzeń, a tych wrednych środowiskowo przede wszystkim. Z wielu przywar ludzkich jedną z powszechnych jest hipokryzja – jeśli do bólu wyliczamy energetyce jądrowej czy węglowej, ciągnione koszty środowiskowe (carbon footprint), pomyślmy także o tym przy fotowoltaice i starajmy się sensownie wpływać na producentów jak i na użytkowników. Fotowoltaika nie jest ani wysoce lepsza ani gorsza jeśli chodzi o nieprzyjemne substancje w produkcji urządzeń dla różnych typów energetyki, problem z odpadami przy produkcji w Chinach będzie przy każdej. Nie trzeba jednak bezkrytycznie o tym problemie zapominać, a warto natomiast zwrócić uwagę na wdrożenie w Polsce europejskiej dyrektywy WEEE (Waste Electrical and Electronic Equipment Directive), która od 2014 traktuje panele jak inny sprzęt elektroniczny i zobowiązuje producentów do odbioru i recyklingu 85% modułów, bez kosztów dla klientów. Nie jestem do końca przekonany czy w Polsce jest to traktowane dziś poważnie i z uwagą. Pamiętajmy o tym, że problem będzie rósł ekspotencjalnie – jeśli 6m3 paneli dają 1kW mocy zainstalowanej i 1MWh produkcji rocznie to zastąpienie fotowoltaiką równoważnej w produkcji 1000MW elektrowni klasycznej to 40 mln m2 paneli – a to już kawał sprzętu do recyklingu po 20 latach. Po prostu w energetyce – nic za darmo, nic na skróty.

Obliczenia całości wpływu śladu CO2 uwzględniającego zanieczyszczenia powstałe w czasie produkcji urządzeń fotowoltaiki i porównanie Europy i Chin (lokalizacji fabryk). Jeśli chcemy taniej, mamy też i znacznie brudniej.

Nawet w najbardziej optymistycznych prognozach organizacji związanych z zieloną energią, widoczna jest świadomość, że Europa to nie całość ani nie średnia światowa. Zużycie paliw jeszcze długo będzie oparte w większości na surowcach (kolory czerwony do czarnego), a w mniejszości (choć rosnącej) rzeczach odnawialnych (żółte). Słupki prognozowane do 2060 r.

Wykorzystano materiały opracowań ze stron:

http://www.ise.fraunhofer.de/en/renewable-energy-data/
http://www.agora-energiewende.de/en/
http://www.sunsol.pl/pl
http://acm.eionet.europa.eu/
http://spectrum.ieee.org/green-tech/solar/solar-energy-isnt-always-as-green-as-you-think