Magdalena Szymańska: Na świecie aż 16% energii pochodzi z wody. W Polsce około 1,5%. Z czego wynika tak mały udział w krajowym mikscie energetycznym?

Dr Witold Sterpejkowicz – Wersocki, Katedra Geotechniki i Inżynierii Wodnej Politechniki Gdańskiej: Polska jest krajem w przeważającej części nizinnym. Nie mamy dogodnych warunków do wytworzenia wysokich piętrzeń wody, a co za tym idzie uzyskania wysokich mocy w elektrowniach wodnych. Zasoby wodne Polski również nie są imponujące. Na jednego mieszkańca przypada zaledwie około 1/3 średniej europejskiej. To sprawia, że Polska ma jedne z najmniejszych zasobów wodnych Europie. W latach 1953-1961 zespół specjalistów pod kierunkiem prof. Alfonsa Hoffmanna oszacował potencjał hydroenergetyczny wód płynących w Polsce. Według tego opracowania teoretyczne zasoby wodno-energetyczne dla średniego roku hydrologicznego wynoszą około 23 TWh/rok, zaś zasoby techniczne około 14 TWh/rok. Ograniczony potencjał hydroenergetyczny wynika głównie z warunków topograficznych i opadów. Dodatkowo jego wykorzystanie jest niewielkie i wynosi zaledwie około 17%.

A jak Polska wypada na tle innych krajów?

Wykorzystanie potencjału technicznego w Rumunii wynosi około 48%, w Czechach około 56%, a w Słowacji około 65%. Niższe od Polski wykorzystanie potencjału jest na przykład w Białorusi – 12%, czy w Gruzji – 10%. Wyjątkowa pod względem wykorzystania potencjału technicznego jest Norwegia, gdzie energetyka wodna pokrywa zapotrzebowanie na energię w około 98%. Umożliwiły to inwestycje realizowane głównie w drugiej połowie XX w., podobnie jak w wielu innych państwach zachodnich.

W skali światowej największy rozwój energetyki wodnej obserwuje się w Chinach, Indiach, Brazylii, czy Turcji, gdzie energetyka wodna ma kluczowe znaczenie. Największym producentem energii pozyskiwanej z wody są Chiny. Wg danych z 2022 r. było to około 1,3 PWh/rok, podczas gdy w 2013 r. było to 0,92 PWh/rok.

Ile mamy obecnie elektrowni wodnych?

Według danych URE na koniec roku 2019 w Polsce funkcjonowało 771 elektrowni wodnych w sektorze OZE, czyli bez uwzględnienia elektrowni wodnych szczytowo-pompowych. W województwie pomorskim było ich 112, a ich łączna moc to 31,4 MW.

Która z elektrowni wodnych na Pomorzu ma największą moc?

Największą moc z grupy OZE ma Bielkowo na Raduni. To 7,2 MW. Uzyskanie tak dużej mocy na stosunkowo małej rzece było możliwe dzięki wybudowaniu dwóch zbiorników połączonych kanałem derywacyjnym, z których woda doprowadzona została do elektrowni sztolnią, w efekcie czego spad w Bielkowie wynosi aż 44,8 m. Elektrownią wodną o największej mocy jest elektrownia szczytowo-pompowa Żarnowiec, która osiąga moc 716 MW podczas pracy turbinowej lub 800 MW podczas pracy pompowej. Jest to jednocześnie elektrownia wodna o największej mocy w Polsce.

Jak najlepiej wykorzystywać potencjał rzek?

Najbardziej racjonalnym podejściem do wykorzystania energetycznego zasobów wód płynących jest budowa kaskadowych stopni wodnych. Przykład takiego podejścia znajdziemy na niewielkiej Raduni, najbardziej pracowitej rzece w Polsce. W latach 1910 – 1937 wykorzystując spad około 100 m zbudowano tu 8 elektrowni wodnych: Rutki, Łapino, Bielkowo, Straszyn, Prędzieszyn, Kuźnice, Juszkowo, Pruszcz, tworząc kaskadę stopni energetycznych o łącznej mocy około 14 MW.

Jednak ten potencjał w kraju wykorzystujemy tylko do pewnego stopnia. Niektórych inwestycji nawet nie sfinalizowano.

Elementem niedokończonej kaskady jest samotny stopień wodny na Wiśle we Włocławku. Miał być częścią Kaskady Dolnej Wisły, składającej się z 8 stopni wodnych od Tczewa do Wyszogrodu. Projekt, pomimo wielu prób, nie doczekał się kontynuacji. Zaniechanie budowy stopni wodnych poniżej Włocławka, według ostatniej koncepcji "Programu rozwoju drogi wodnej rzeki Wisły" z 2019 r., skutkuje w skali roku brakiem wytworzenia około 1724 GWh energii lub koniecznością pokrycia tego braku z innych, najczęściej nieodnawialnych źródeł. Taka była szacowana średnioroczna produkcja energii elektrycznej na stopniach wodnych leżących od Włocławka do Gniewa.

Czy w dobie rozwoju energetyki wiatrowej i fotowoltaiki można mówić o nowinkach technicznych w obszarze hydrotechniki?

Trwają badania nad wykorzystaniem nowych rodzajów turbin, np. vortex lub turbin o wirniku ukształtowanym w sposób bardziej przyjazny dla ryb. Badania prowadzone są również dla turbin pracujących na małych lub ultramałych spadach, co w naszych warunkach topograficznych jest dość istotne. W Polsce są tylko dwa laboratoria zajmujące się badaniami modelowymi turbin, w tym jedno na Pomorzu - Instytutu Maszyn Przepływowych PAN w Gdańsku.

Hydroenergetyka jest obecnie w Polsce najmniej znaczącym źródłem energii odnawialnej energii. Przeszło dwa razy więcej pochodzi z instalacji wykorzystujących energię promieniowania słonecznego i aż 97 razy więcej z biomasy…

To prawda, hydroenergetyka stanowi obecnie najmniej znaczące źródło energii odnawialnej. W rozmowach, artykułach lub komentarzach w mediach na temat odnawialnych źródeł energii jest wręcz pomijana. Najbardziej dynamiczny okres w budowie ambitnych projektów związanych z hydroenergetyką w Polsce przypada na lata 60. i 70. XX w. To też czas, kiedy wiele obiektów małej energetyki wodnej popadło w ruinę. W latach 80. w związku z kryzysem państwa rozwój sektora hydroenergetycznego, w tym także budownictwa wodnego zahamował. Brak znaczących inwestycji skutkuje brakiem zainteresowania wśród młodych inżynierów, w efekcie czego Polska straciła kilkadziesiąt lat i doświadczenie specjalistów w branży budownictwa wodnego.

Dlaczego nie staramy się nadrobić tej straty?

Rozwój energetyki wodnej w Polsce, jak również w wielu państwach Unii Europejskiej blokuje przekonanie o szkodliwości stopni wodnych dla środowiska przyrodniczego. W oparciu o nie sformułowano akty prawne związane z ochroną przyrody i zasobów wodnych, tak, aby można je było wykorzystywać do blokowania wszelkich inicjatyw związanych nie tylko z energetyką wodną, ale również np. z ochroną przeciwpowodziową. Kampanie prowadzone przez środowiska „proekologiczne” jednostronnie postrzegają skutki budowy stopni wodnych i zbiorników wodnych wykorzystywanych m.in. do produkcji energii elektrycznej.

Czyli hydroenergetyka podupada z uwagi na jednostronną narrację i niesprzyjające ramy prawne?

Problemem jest niestabilność uwarunkowań prawnych i ekonomicznych, wynikające z braku konsekwentnej polityki wobec sektora hydroenergetycznego, wysokich obciążeń fiskalnych, a także związanych z utrzymaniem zapór i zbiorników wielozadaniowych.

Do budowy elektrowni wodnych skutecznie zniechęcają procedury m.in. konieczność uzyskania decyzji o środowiskowych uwarunkowaniach inwestycji, oceny oddziaływania na środowisko obligatoryjne dla obiektów o mocy powyżej 2,5 MW, raport oceny oddziaływania na obszar Natura 2000 dla inwestycji w tym obszarze lub jego sąsiedztwie, pozwolenia wodnoprawne, decyzje o warunkach zabudowy i zagospodarowania terenu, projekt techniczny i oczywiście pozwolenia na budowę.

Ale to nie wszystkie ograniczenia…

W Polsce każdy grunt pokryty wodami płynącymi uznawany jest za własność Skarbu Państwa. Inwestor musi nabyć prawa do dysponowania gruntem nie tylko na obszarze budowy stopnia wodnego m.in. zapory, jazu, elektrowni, ale też przyszłego zbiornika oraz opłacać dzierżawę jeszcze na etapie uzgodnień z ochroną środowiska. Należy też wnioskować o przyłączenie obiektu do sieci energetycznej, co niekiedy oznacza znaczące nakłady oraz uzyskać koncesję na wytwarzanie energii. Przygotowanie inwestycji związanej z budową elektrowni wodnej to szacunkowo od 5 do 8 lat. Do tego doliczyć należy czas budowy obiektów hydrotechnicznych, instalacji urządzeń oraz ich rozruchu. W efekcie nie dziwi wzrost udziału innych źródeł energii, jak np. farmy fotowoltaiczne lub wiatrowe, w stosunku do elektrowni wodnych.

Dlaczego warto te procedury uprościć?

Energia wytwarzana w elektrowniach wodnych jest całkowicie odnawialnym i czystym źródłem energii, a zbiornik wodny powstały w wyniku spiętrzenia wody, spełnia wiele dodatkowych funkcji. Elektrownie wodne zwiększają retencję wód powierzchniowych i gruntowych, tj. stabilizują poziom zwierciadła wody gruntowej, zapobiegając skutkom suszy. Powodują także napowietrzenie wody oraz jej oczyszczenie, m.in. poprzez systematyczne usuwanie śmieci i osadów gromadzących się na kratach wlotowych do elektrowni. Woda zgromadzona w zbiorniku może być wykorzystana do innych celów np. nawodnień rolniczych lub leśnych oraz umożliwia żeglugę, a więc najbardziej ekologiczny i ekonomiczny transport. Zbiorniki podnoszą też atrakcyjność terenów leżących nad nimi. Ogromną zaletą elektrowni wodnych w stosunku do innych źródeł OZE jest stabilna i przewidywalna produkcja energii elektrycznej. Elektrownie wodne, nawet te największe, można uruchomić do pracy z postoju do pracy z pełną mocą w ciągu zaledwie kilku minut. To nie jest możliwe w elektrowniach konwencjonalnych (cieplnych).

Czyli hydroenergetyka niesie wiele korzyści, które nie są skutecznie komunikowane?

Tak. Oprócz wymienionych wcześniej korzyści, związanych głównie z elektrowniami wodnymi przepływowymi lub zbiornikowymi, osobne korzyści dotyczą elektrowni wodnych szczytowo-pompowych, które stanowią niezbędny element na drodze do transformacji energetycznej. Nie istnieje bardziej efektywny i przyjazny dla środowiska sposób magazynowania energii niż elektrownie szczytowo-pompowe, a dokładniej górne zbiorniki elektrowni szczytowo-pompowych. Dla porównania górny zbiornik największej w Polsce elektrowni szczytowo-pompowej w Żarnowcu stanowi wodny magazyn energii o pojemności 3600 MWh i mocy 716 MW, a największy bateryjny magazyn energii przy farmie wiatrowej Bystra, wykorzystujący litowo-jonowe i kwasowo-ołowiowe baterie o dużej pojemności ma moc 6 MW i pojemność 27,3 MWh. Osobnym problemem jest utylizacja baterii po okresie ich przydatności. Ten problem nie występuje w elektrowni szczytowo-pompowej. Inną zaletą elektrowni wodnych, zwłaszcza szczytowo-pompowych, to kompensacja fluktuacji parametrów sieci elektroenergetycznych wprowadzanych do niej przez niestabilne źródła energii.

Skoro najwięcej inwestycji w hydroenergetykę w Polsce przypada na lata 60 i 70 XX w. to zapewne wiele obiektów czeka na modernizację…

Budowle wodne pracują w trudnym środowisku, gdzie mamy do czynienia ze stałą obecnością wody, wilgoci, procesami filtracyjnymi lub sufozyjnymi, korozją mrozową, itp. Sprawia to, że budowle te w większym stopniu niż inne, narażone są na oddziaływanie procesów niszczących, czego konsekwencją jest konieczność podejmowania prac remontowych, związanych głównie z naprawami konstrukcji betonowych lub ziemnych budowli piętrzących. Równolegle prowadzone są także modernizacje istniejących obiektów, które związane są przede wszystkim z unowocześnieniem części elektrycznej tj. transformatorów, rozdzielnic, systemów sterowania, automatyzacji, lub wymianą systemów smarowania łożysk z olejowych na wodne, które są bardziej ekologiczne. Części hydrotechniczna i hydromechaniczna funkcjonalnie pozostają w zasadzie niezmienione. Wynika to z faktu, że turbiny wodne stosowane w elektrowniach są maszynami hydraulicznymi o stosunkowo wysokiej sprawności, która w przypadku dużych jednostek osiąga wartości ponad 90%. Dla porównania sprawność pełnowymiarowych modułów fotowoltaicznych osiąga około 24%.

O czym jeszcze się nie mówi w temacie złożonych uwarunkowań zaniechania rozwoju energetyki wodnej?

Zaniechania w budownictwie wodnym w wielu krajach skutkują katastrofalnymi powodziami, a w Polsce również systematycznym obniżaniem się poziomu wód gruntowych. Aby kształtować społeczne poparcie dla budowy nowych piętrzeń i zbiorników wielozadaniowych, służących między innymi energetyce wodnej, należy upowszechniać wiedzę o ogromnych korzyściach płynących z racjonalnej gospodarki wodnej oraz dbałości o to, aby obiekty hydrotechniczne pozytywnie oddziaływały na środowisko naturalne. Dzisiejsze wyzwania, a zwłaszcza konsekwencje zmian klimatycznych wymagają przyłożenia znacznie większej wagi do zagadnień retencjonowania wody i magazynowania energii, jak również właściwego zarządzania tymi zasobami, które pomimo, że są odnawialne, to dostępne są w ograniczonej ilości.

Powiązany artykuł: https://prestiztrojmiasto.pl/biznes/9/ekologia/slonce-i-wiatr-lepsze-od-wody