Mamy wystarczająco dużo słońca, żeby zasilić cały świat. Jest jedno „ale”

Sukces fotowoltaiki w Polsce sprawił, że nikogo nie trzeba przekonywać do faktu, że można mieć darmową energię ze słońca.

Na koniec 2018 roku zainstalowana w kraju moc systemów fotowoltaicznych wynosiła około 1,2 GW (gigawatów), czyli była rządu średniej elektrowni węglowej. Taką moc ma na przykład elektrownia Pątnów-Konin.

Z początkiem tej dekady jednak w Polsce fotowoltaika nabrała rozpędu. Już w 2020 roku jej łączna moc wyniosła 4,5 GW. To już mniej więcej moc największych polskich elektrowni w Kozienicach (4 GW) czy Bełchatowie (5,1 GW).

Kolejne lata przyniosły bujny rozkwit. Wyrastały przydomowe instalacje oraz zawodowe (jak się je fachowo określa) farmy fotowoltaiczne. Na koniec 2022 roku moc instalacji fotowoltaicznych w kraju wynosiła 12,4 GW – to dwa i pół Bełchatowa.

W lutym 2025 roku moc krajowych instalacji fotowoltaicznych wyniosła już 21,8 GW (podaje „Rynek Elektryczny”). To już wartość porównywalna z mocą wszystkich elektrowni węglowych w Polsce, która obecnie wynosi 27,8 GW (według danych Polskich Sieci Elektroenergetycznych).

Moc to nie wszystko

„Moc zainstalowana” nie ma jednak bezpośredniego przełożenia na produkcję prądu. Ze słońca nadal mamy go niewiele.

W 2024 roku co prawda ze źródeł odnawialnych wyprodukowano ponad jedną trzecią krajowej energii, bo 29,6 procent, jednak dominowały farmy wiatrowe, które odpowiadały za 14,7 proc. generacji energii, a fotowoltaika za 9 procent (podaję za „Forum Energii”). W marcu tego roku było to około 11 procent (za „Rynek Elektryczny”).

Ta różnica między zainstalowaną mocą fotowoltaiki, a jej rzeczywistym udziałem w produkcji energii wynika z prozaicznej przyczyny. Panele fotowoltaiczne produkują prąd ze światła słonecznego. W pochmurny dzień ich wydajność spada do około 20-25 procent. Nie produkują też, rzecz jasna, prądu w nocy.

Gdy słońca brak, można polegać tylko na elektrowniach konwencjonalnych (lub magazynach energii). A słońca nie mamy szczególnie dużo, bo w zależności od regionu od 1600 do 1800 godzin rocznie (światła dziennego mamy około 4300 godzin).

Ile paneli potrzeba, by zasilić kraj

Do powierzchni Ziemi dociera średnio 1000 watów energii słonecznej na każdy metr kwadratowy. Dzisiejsze ogniwa fotowoltaiczne mogą przetworzyć około 20 procent tego na energię elektryczną, czyli dostarczyć około 200 watów z metra kwadratowego instalacji.

Kilometr kwadratowy to milion metrów kwadratowych. Instalacja paneli fotowoltaicznych na takiej powierzchni dałaby nam moc szczytową (w pełnym słońcu) rzędu 200 milionów watów, czyli 200 megawatów (MW) lub inaczej 0,2 gigawata (GW). To niewiele. Taką moc miała malutka, zamknięta w 2010 roku, elektrownia węglowa Halemba w Rudzie Śląskiej.

Co innego, gdyby pokryć fotowoltaiką obszar o powierzchni stolicy, czyli 500 kilometrów kwadratowych. Z jednej strony to sporo, z drugiej jedynie 0,08 procent powierzchni kraju.

Cóż, wtedy byłoby to już pięćset razy tyle, czyli 100 gigawatów. Więcej niż łączna zainstalowana moc polskich elektrowni (konwencjonalnych i OZE), która wynosi 72,8 GW.

Czy to wystarczy, by pokryć potrzeby energetyczne kraju? Jak pamiętamy, mamy tylko 1600 godzin słońca rocznie. Nasza gigantyczna farma fotowoltaiczna dostarczyłaby około 100 gigawatów x 1600 godzin, czyli 160 000 gigawatogodzin (GWh).

Bingo. Trafiliśmy niemal w dziesiątkę. Otóż w 2024 roku produkcja energii elektrycznej wyniosła w Polsce 166 990 GWh, zaś zużycie 168 956 GWh (podaje „Rynek Elektryczny”).

W istocie powierzchnia stolicy to 517,2 kilometrów kwadratowych (zaokrągliłem ją dla ułatwienia wyliczeń). Można zatem przyjąć, że wielka elektrownia złożona z paneli fotowoltaicznych o powierzchni Warszawy zaspokoiłaby potrzeby energetyczne Polski.

Oczywiście czynimy tu założenie, że dysponujemy magazynami energii, które mogą przechować wytwarzaną w dzień energię. I do tego wątku jeszcze wrócimy.

Jeśli po słońce, to na południe

Gdy myślimy o słonecznej pogodzie, najczęściej uciekamy myślami na południe. Nie bez powodu. Mieszkańcy Hiszpanii czy Grecji cieszą się nawet 2500-3000 godzinami słońca rocznie.

My udajmy się z naszym myślowym eksperymentem jeszcze dalej na południe. Na Saharze słońce świeci niemal cały dzień przez wszystkie dni w roku. Jest go 4300 godzin rocznie. Głównym tego powodem jest utrzymujący się nad rozgrzanymi piaskami wyż (nawet nad Polską sprawia, że latem niebo staje się bezchmurne).

Czy myślą Państwo o tym samym co ja? Tak, elektrownia słoneczna o powierzchni Warszawy zbudowana na Saharze miałaby również sto gigawatów mocy, ale wyprodukuje rocznie 100 gigawatów x 4300 godzin, czyli 430 000 gigawatogodzin energii rocznie (tysiąc gigawatogodzin to terawatogodzina, zatem 430 TWh).

Powierzchnia Sahary to niemal tyle, co cały kontynent europejski (licząc do Uralu). Nie musimy się ograniczać w powierzchni. Wybudowana tam elektrownia słoneczna mogłaby mieć powierzchnię tysiąca kilometrów kwadratowych.

Gigant na pustyni

I tak dotarliśmy do idei, by zbudować na Saharze gigantyczną elektrownię słoneczną. Jak można się domyślać, nie byliśmy pierwsi. Taki projekt powstał już dekady temu.

Przypisywany jest dr. Gerhardowi Kniesowi, niemieckiemu fizykowi. W 1986 roku, po katastrofie elektrowni jądrowej w Czernobylu, zdał sobie sprawę, że elektrownie jądrowe mogą okazać się zbędne, jeśli się wykorzysta słońce. Policzył, że na pustynne rejony Ziemi dociera tyle energii słońca przez sześć godzin, ile cała ludzkość zużywa w ciągu roku.

Pierwsze wyliczenia przedstawili eksperci z niemieckiego Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Jego nazwa wskazuje, że zajmuje się głównie transportem lotniczym i kosmicznym. Zostało do tego celu powołane i odgrywa rolę „niemieckiej agencji kosmicznej”, jednak koordynuje także projekty ministerstw federalnych, zwłaszcza te związane z transportem lądowym czy energetyką.

Na tej rycinie widać powierzchnię, którą musiałyby zająć panele fotowoltaiczne, by zaspokoić zapotrzebowanie na energię elektryczną odpowiednio: całego świata, Unii Europejskiej (liczącej, gdy ilustracja powstawała, 25 państw) lub samych Niemiec.

Czy to prawda? Niewątpliwie tak.

W porównaniu z Saharą wszystko jest małe

Zapotrzebowanie całej ludzkości na energię elektryczną w 2023 roku wynosiło około 27 tys. terawatogodzin (TWh), podaje portal „Statista”. Nowsze szacunki podają, że w 2024 roku było to już odrobinę poniżej lub powyżej 30 tys. TWh (takie obliczenia są zawsze obarczone pewnym marginesem błędu).

Skoro wiemy już, że z 500 km kwadratowych paneli fotowoltaicznych możemy mieć 430 terawatogodzin energii rocznie, z tysiąca kilometrów kwadratowych będziemy mieć jej dwa razy tyle, 860 TWh.

Potrzebujemy więc około 35 tysięcy kilometrów kwadratowych paneli fotowoltaicznych, by zaspokoić potrzeby ludzkości na energię elektryczną. Niemal dokładnie tyle ma województwo mazowieckie (35 579 km kwadratowych).

Liczyliśmy do tej pory dla uproszczenia powierzchnię samych paneli. Musimy jednak zostawić do nich jakiś dostęp w celu ich instalacji i obsługi. Załóżmy, że same panele zajmują połowę powierzchni całej elektrowni, czyli powinna liczyć 70 tysięcy kilometrów kwadratowych.

To nadal niemal nieznaczący ułamek powierzchni Algierii, która ma ponad dwa miliony kilometrów kwadratowych powierzchni. I niemal nic w porównaniu z powierzchnią Sahary, która liczy Sahary, która liczy ponad 9 milionów kilometrów kwadratowych.

DESERTEC, czyli prąd z Afryki dla Europy

W 2003 roku Klub Rzymski (ekspercki think tank) oraz instytut badawczy energetyki Królestwa Jordanii powołały Trans-Mediterranean Renewable Energy Cooperation (TREC). W 2009 roku powołano zaś fundację DESERTEC. Muszę Państwa trochę rozczarować. Nie miała w planach budowy elektrowni tak wielkiej, by zasilić cały świat, czy choćby nawet Europę, w całości.

Fundacja DESERTEC miała przyczynić się do rozwoju energetyki słonecznej w krajach północnej Afryki. Zyskałaby na tym Europa, która mogłaby importować z tych krajów 15 procent zapotrzebowania na energię elektryczną.

W kolejnych latach rozważano różne fotowoltaiczne projekty w Maroku, Algierii i Tunezji. Niewiele jednak z tej energetycznej współpracy wyszło.

Przyczyny fiaska tego ambitnego projektu były dość prozaiczne. Pierwszym była wysoka cena fotowoltaiki. Gdy powoływano fundację DESERTEC, była dużo droższa niż dziś i przegrywała z dużo tańszą wówczas energią z paliw kopalnych.

Arabska Wiosna, czyli koniec marzeń

Jeszcze w 2010 roku tzw. wyrównany koszt (czyli uwzględniający koszt budowy i eksploatacji elektrowni) jednej megawatogodziny energii fotowoltaicznej wynosił ponad 450 dolarów. Megawatogodzina tej energii ze spalania węgla była trzy razy tańsza i kosztowała około 150 dolarów (wylicza „Our World in Data”).

Oznaczało to, że elektrownie fotowoltaiczne opłacalne były w ramach dużych projektów infrastrukturalnych. Niewielu było prywatnych inwestorów skłonnych wyłożyć wielkie pieniądze. Mogły to zrobić poszczególne kraje Maghrebu, ale ze względu na wysokie koszty przesuwały fotowoltaiczne projekty na koniec kolejki potrzeb.

Spadek cen paneli fotowoltaicznych przyspieszył dopiero w kolejnej dekadzie. W 2010 roku za panel fotowoltaiczny o mocy stu watów trzeba było zapłacić około dwustu dolarów. W 2012 już tylko sto. Dziś jest to około trzydziestu dolarów (co „Our World in Data” pokazuje na wykresie).

Niestety, gdy ceny fotowoltaiki spadały, w latach 2010-2012 od Maroka na zachodzie po Egipt, Syrię i Jordanię na wschodzie wybuchła Arabska Wiosna, czyli protesty społeczne i konflikty zbrojne wywołane napięciami społecznymi. W większości krajów doprowadziły do obalenia dotychczasowych władz.

Jak można przypuszczać, nie przysłużyło się to międzynarodowym projektom, które poszły w odstawkę.

Zatoka Perska, czyli wygrywa pieniądz

Duże projekty fotowoltaiczne były kosztowne. Mimo zachęt ze strony rządów nie było chętnych prywatnych inwestorów. Dzięki Fundacji DESERTEC udało się jednemu projektowi w Maroku zapewnić finansowanie Banku Światowego. Niestety za cenę lat biurokratycznej zwłoki.

W 2014 roku biznesowe ramię Fundacji DESERTEC, czyli Desertec Industrial Initiative (w skrócie DII), opuściła większość udziałowców, którymi były firmy energetyczne z Europy. Stwierdziły, że inwestowanie w fotowoltaikę w krajach północnej Afryki się nie opłaca.

Trzech (z dwunastu) byłych udziałowców założyła spółkę o tej samej nazwie (DII), która oferuje doradztwo przy budowie instalacji fotowoltaicznych w krajach półwyspu Arabskiego. Nie da się ukryć — udziałowcy poszli tam, gdzie są pieniądze. Kraje Półwyspu Arabskiego są bogatsze niż kraje Maghrebu i Egipt. A słońce świeci tam równie mocno.

Wbrew pozorom wcale nie chodziło o stabilność polityczną. Udziałowcy biznesowego projektu Desertec Industrial Initiative często narzekali, że duże inwestycje w energetykę słoneczną w krajach Afryki obarczone są ryzykiem. Dostawy prądu wymagają ciągłości, a ryzyko zamachów terrorystycznych i niestabilności władzy temu nie sprzyja. Wielkie pieniądze lubią spokój.

Fundacja DESERTEC odpierała, że w latach 2005-2023 z północnej Afryki pochodziło około 11-15 procent gazu ziemnego zużywanego w Europie. Nigdy nie zdarzyła się przerwa w jego dostawach wywołana terrorystycznym zamachem czy obaleniem rządu. Gaz płynął nawet podczas Arabskiej Wiosny. Jeśli chodzi o paliwa kopalne, nikt jakoś kwestii bezpieczeństwa dostaw nie podnosił.

Noor, czyli światło

Po ambitnym projekcie Desertec pozostały dwa duże ślady. W Maroku zbudowano Elektrownię Ouarzazate (od pobliskiego miasta), nazywaną też Noor (co po arabsku oznacza „światło”). Nie jest to elektrownia fotowoltaiczna. Jest za to największą na świecie elektrownią wykorzystującą paraboliczne lustra do podgrzewania wody (po zamianie w parę porusza turbiny prądotwórczych agregatów). Ma moc 510 MW i dodatkowe 70 MW z paneli fotowoltaicznych.

W Egipcie, 40 km od Asuanu, powstała elektrownia słoneczna Benban o mocy 1650 MW. O jej skali świadczy to, że w 2018 roku była czwartą największą elektrownią fotowoltaiczną na świecie poza Chinami. Wyprzedziły ją jednak zbudowane później elektrownie słoneczne w Indiach i Zjednoczonych Emiratach Arabskich.

To wszystko, co powstało w Afryce, jeśli chodzi o duże projekty fotowoltaiczne. Z drugiej strony, gdyby nie ambitny projekt Desertec pewnie i one by nie powstały.

Nie ma jednak co płakać nad tym, że na Saharze nie ma gigantycznej elektrowni słonecznej dla całej Europy (albo świata). Miałaby jedną zasadniczą wadę, nad którą jedynie się prześlizgnęliśmy. Chodzi o przechowywanie energii, którą fotowoltaika zapewnia wyłącznie w dzień.

Baterie? Jest lepszy sposób

Wielkie baterie? Na pewno nie te, które przychodzą na myśl jako pierwsze. Magazynowanie energii w bateriach litowo-jonowych jest nadal dość kosztowne. Na tyle, że przechowywanie w nich energii podbija cenę prądu z takich magazynów (dużo powyżej progu rentowności, do czego wrócimy). Najtaniej jest pompować wodę.

Gdy energii słonecznej jest pod dostatkiem, w elektrowniach pompowo-szczytowych uruchamiane są pompy, które tłoczą wodę ze zbiornika znajdującego się niżej do innego, położonego wyżej. W ten sposób energia elektryczna zamieniana jest na potencjalną energię kinetyczną zgromadzoną w wodzie.

Gdy trzeba uwolnić zgromadzoną energię, otwierane są zawory. Spadająca z wysokości woda napędza turbiny agregatów, które wytwarzają prąd.

Największą taką elektrownią w Polsce jest Elektrownia Wodna Żarnowiec. Miała służyć jako akumulator dla planowanej w pobliskiej Kartoszynie Elektrowni Jądrowej Żarnowiec. Dziś służy jako magazyn nadwyżek energii — na przykład z fotowoltaiki i wiatru.

Miliony metrów sześciennych

Dolnym zbiornikiem jest naturalne Jezioro Żarnowieckie. Górnym sztuczny Zbiornik Czymanowo o pojemności 13,8 milionów metrów sześciennych. Maksymalny przepływ przez cztery rurociągi łączące oba zbiorniki wynosi 700 metrów sześciennych na sekundę, co pozwala spadek wody przez 5,5 godziny i dostarcza 3,6 GWh energii elektrycznej.

Załóżmy, że na Saharze mamy elektrownię – skromniejszą niż taka, która zaspokaja potrzeby świata. Na przykład wielkości Warszawy, czyli około 500 kilometrów kwadratowych. Jej przykład pokaże nam, ile wody potrzeba, by zmagazynować energię. Jak liczyliśmy już, taka elektrownia miałaby moc około 100 gigawatów.

Na noc musimy mieć zmagazynowane mniej więcej dwie trzecie tego, co zużywamy w dzień (mniej więcej taka jest struktura zużycia energii w Polsce). Wypadałoby zatem podzielić moc z naszej elektrowni (100 GW) na pięć (20 GW), trzy części (60 GW) do wykorzystania w ciągu dnia, dwie (40 GW) do magazynowania, by móc korzystać z nich w nocy.

40 GW x 12 godzin słońca to 480 GWh energii. Zbiornik w Żarnowcu ma pojemność 13,8 mln metrów sześciennych, co pozwala zmagazynować 3,6 GWh energii. My musimy mieć ponad sto trzydzieści razy tyle, ale dla ułatwienia obliczeń przyjmijmy sto (będziemy najwyżej oszczędzać prąd w nocy).

Musimy zbudować sztuczny zbiornik o pojemności sto razy większej niż Czymanowo w Żarnowcu, czyli o objętości 1 380 mln metrów sześciennych. To zadanie karkołomne. Największym sztucznym zbiornikiem wodnym w Polsce pod względem pojemności jest Jezioro Solińskie, które mieści 472 mln metrów sześciennych wody. Jezioro Włocławskie 408 mln metrów sześciennych.

My potrzebujemy mniej więcej trzy razy większy. I to na Saharze!

Śniardwy na Saharze

Równanie, które pozwala obliczyć, ile energii można zgromadzić w uniesionej w górę wodzie (przedmiocie lub człowieku) jest proste: należy pomnożyć masę, wysokość i przyspieszenie ziemskie. Przyspieszenie ziemskie możemy potraktować jako stałe (spada wraz z wysokością, jednak jest to zaniedbywalne do naszych celów).

Pozostaną nam dwie zmienne: masa wody i wysokość. Jednym słowem możemy nasze sztuczne jezioro zmniejszyć dwukrotnie, jeśli również dwukrotnie zwiększymy różnicę wysokości między zbiornikami.

W Żarnowcu różnica wynosi sto metrów. Zapewne w górach Atlasu znaleźlibyśmy dwa miejsca o różnicy dwustu metrów, co pozwoliłoby zmniejszyć potrzebną nam ilość wody dwu trzykrotnie.

Nadal jednak potrzebujemy zbiornika o objętości rzędu Jeziora Śniardwy (660 mln metrów sześciennych). Takiej mniej wielkości zbiornik potrzebny byłby przy elektrowni słonecznej, która wytwarza około 430 TWh energii elektrycznej rocznie, czyli pokrywa 15 procent europejskiego zapotrzebowania na prąd – co zakładał właśnie projekt DESERTEC.

Jezioro? Raczej morze

Tę gigantyczną nieckę trzeba za dnia napełniać po brzegi wodą, a nocą zbiornik całkowicie opróżnić. Takie wahania lustra wody oznaczają sporą erozję dna i brzegów. Z tego powodu wody sztuczne zbiorniki buduje się z odpowiednim dnem.

Zbiornik w Czymanowie jest po prostu wyasfaltowany. Można sobie wyobrazić budowę asfaltowej niecki o objętości Śniardw w górach Atlasu. Kosztowałaby setki miliardów dolarów i powstawała dekady.

By wahanie poziomu wody było akceptowalne i na przykład nie przekraczało metra czy dwóch, można stworzyć sztuczny zbiornik o naturalnym dnie i brzegach, lecz objętości wielokrotnie większej niż potrzebna do wykorzystania w elektrowni pompowo-szczytowej.

Jest nawet takie miejsce w górach Atlasu, które mogłoby się do tych celów nadać. To Wyżyna Szottów, w której znajdują się okresowe, słone jeziora. Wodę można tam dociągnąć rurociągiem z Morza Śródziemnego lub spod ziemi. (Pod piaskami pustyni Tunezji i Algierii leży zbiornik artezyjski Bas Sahara, pozostałość po nie tak dawnych jeziorach, bowiem Sahara jeszcze 7 tysięcy lat temu była całkiem zieloną sawanną).

Oczywiście musimy też zbudować gigantyczne rurociągi i wyposażyć instalację w równie olbrzymiej mocy pompy. Bo co dzień będą pompować nasze Śniardwy do większego zbiornika pod górę.

Tanie przechowywanie

Jak widać, przechowywanie energii nastręcza olbrzymich trudności. I jest to główny powód, dla którego budowa gigantycznej elektrowni słonecznej na Saharze (czy gdziekolwiek indziej) jest pozbawiona głębszego sensu.

Rozważaliśmy elektrownię pompowo-szczytową, bo ich sprawność jest stosunkowo wysoka, rzędu 70-80 procent. Inne metody magazynowania energii są mniej skuteczne – na przetwarzaniu energii elektrycznej w inny rodzaj energii traci się więcej. Więcej też kosztują.

Zróbmy jednak ich krótki przegląd.

Można dzięki energii elektrycznej sprężać powietrze (gdy potrzebujemy prądu, strumień rozprężającego gazu może napędzać turbinę).

Można podnosić za pomocą dźwigów ciężary (opadając na linie, mogą napędzać prądnicę). Można napędzać koła zamachowe (i ich energię kinetyczną wykorzystać w nocy), topić za dnia sól (by jej ciepło zamieniało nocą wodę w parę wodną napędzającą turbinę) lub nagrzewać do setek stopni piasek.

Można wreszcie stosować baterie elektrochemiczne: litowo-jonowe lub inne ich rodzaje.

Miarą ekonomicznego sensu magazynu energii jest ESOI (Energy Storage on Energy Invested), czyli ilość energii, którą można w takim magazynie przechować pomniejszona o ilość energii zużytej na konstrukcję takiego urządzenia.

Pod tym względem bezkonkurencyjne są dwie metody: sprężone powietrze i elektrownie pompowo-szczytowe, których współczynnik ESOI jest rzędu 200. Bo akumulatory litowo-jonowe mają zaledwie 10.

Drogo jak z akumulatora

Wraz z rozwojem fotowoltaiki w Stanach Zjednoczonych – które mają nasłonecznienie zbliżone do Maroka i Algierii – pojawiło się zapotrzebowanie na przechowywanie nadwyżek energii. Tę niszę szybko zagospodarował Elon Musk, otwierając w 2015 roku fabrykę akumulatorów.

Powerwall to akumulatory litowo-jonowe jak w naszych telefonach – tyle że dużo większe. Jeden ma pojemność 13,5 kilowatogodziny, co polskiemu gospodarstwu domowemu starczyłoby na około tydzień.

W 2021 roku takie akumulatory (wyprodukowane przez koreański LG Chem), stanęły w Otay Mesa, na obrzeżach kalifornijskiego San Diego. Mają pojemność 250 megawatogodzin. [Jedna megawatogodzina to tysiąc kilowatogodzin.]

Akumulatory produkowane przez firmę Muska stanęły też w Australii. Od grudnia 2021 roku elektrownia słoneczna w Wiktorii może zmagazynować około 450 megawatogodzin. To mniej więcej tyle, by starczyło dla miliona domów na pół godziny. To kropla w morzu zapotrzebowania na prąd w rozwiniętym kraju.

Dodajmy, że ta gigantyczna bateria kosztowała – bagatela – 160 milionów dolarów. Akumulatory litowo-jonowe są drogie, a przez to i koszt przechowywania w nich energii nie należy do niskich. Wynosi dziś pomiędzy 80 a 120 dolarów za kilowatogodzinę, czyli licząc po obecnym kursie pomiędzy 300 a 450 złotych. Tymczasem jedną kilowatogodzinę zużywa mniej więcej pralka przez jeden cykl prania (sic).

Czy można mieć sto procent zielonej energii?

I tak od projektu gigantycznej elektrowni na Saharze przechodzimy do niezbyt optymistycznej konkluzji. Przechowywanie energii w stu procentach odnawialnej jest na wielką skalę niezwykle kłopotliwe.

Wizja energetyki opartej w stu procentach na odnawialnych źródłach energii nieuchronnie rodzi pytanie: jak tę energię magazynować? Nie ma na to łatwych odpowiedzi. Jest wiele analiz, które wskazują różne drogi.

Tam, gdzie pozwalają na to warunki naturalne, można budować elektrownie pompowo-szczytowe. Podobną rolę mogą pełnić istniejące już elektrownie wodne.

(W czasie małego zapotrzebowania na prąd mogą gromadzić wodę, która w czasie zwiększonego zapotrzebowania może być uwalniana. Często wymaga to ich dostosowania, ale koszt ten nie jest wysoki. Poza tym to sprytny sposób, który nie wymaga pompowania, czyli zużywania energii.)

Można budować magazyny energii z nadal dość drogich akumulatorów litowo-jonowych. Można stosować stare i tańsze rozwiązania (jak akumulatory ołowiowe) i rozwijać nowsze, jak przepływowe akumulatory wanadowe lub akumulatory żelazo-powietrze. Niestety obie technologie łączy to, że mają niższą gęstość energii, czyli zajmują sporą powierzchnię.

Z wody można też produkować wodór (za pomocą elektrolizy, jeśli mamy pod ręką wodę słodką, bo morska zawiera zbyt wiele soli). Można też z dwutlenku węgla i pary wodnej tworzyć syntetyczny gaz ziemny (syngaz). Oba można spalać, gdy zajdzie potrzeba na zmagazynowaną w nich chemiczną energię.

Co wybrać? Wszystko

W przyszłości będziemy musieli wszystkie te technologie stosować naraz po trochu, bo żadna z nich nie jest doskonała. Jedne mogą przechować mniej energii na raz, ale szybko uwolnić. Inne przechowują jej więcej, ale uwalniają stopniowo. Dobrze jednak się uzupełniają.

Technologie przechowywania energii, jak widać, nie są doskonałe, lecz istnieją. Nie ma natomiast odpowiednio rozwiniętej infrastruktury, która by umożliwiała magazynowanie zielonej energii. I to jest prawdziwy powód, dla którego gigantyczna fotowoltaika na Saharze czy gdziekolwiek indziej długo jeszcze nie powstanie.

Można wspomnieć też o tak zwanej inteligentnej sieci. Wyposażone w odpowiednie czujniki urządzenia mogą włączać się wtedy, gdy prąd jest tani. To oczywiście jest pewien sposób na spłaszczanie krzywej zużycia energii. Natomiast nie rozwiązuje problemu całkowicie (nikt nie będzie czekał z zagotowaniem wody na herbatę do czasu, gdy prąd będzie tańszy) i generuje koszty (modernizacji sieci i urządzeń).

Kopalnie (na wagę) złota

Warto natomiast wspomnieć o mało stosowanym dziś, acz obiecującym sposobie magazynowania energii, czyli podnoszeniu ciężarów. Zamiast pompować wodę pod górę, można wciągać w górę dowolny ciężar. Zamiast spuszczać wodę – opuszczać wielotonowy blok. Jego ruch w dół pociąga linę, a ta napędza prądnicę.

Na świecie są miliony kopalnianych szybów, wiele w nieczynnych już kopalniach. Jeśli mamy odejść od spalania węgla, będzie ich tylko przybywać. Wielotonowe ciężary można podnosić z dna kopalnianego szybu.

Na tym właśnie zasadza się pomysł nazwany „Underground Gravity Energy Storage” (czyli po prostu „grawitacyjne przechowywanie energii pod ziemią”), w skrócie UGES.

Z wyliczeń wynika, że ten sposób można przechować zaskakująco dużo energii. Głównie dlatego, że kopalniane szyby są głębokie, a im większa różnica wysokości, tym więcej energii można zmagazynować.

Koszt takiego rozwiązania szacowany jest na 1 do 10 dolarów za kilowatogodzinę. Nawet ta wyższa kwota oznacza, że to dwadzieścia razy taniej niż przechowywanie energii w akumulatorach litowych.

Niewątpliwym plusem tego pomysłu jest to, że kopalnie mają gotowe szyby i działające wieże wyciągowe. Są też podłączone do sieci energetycznej. Nic tylko przerabiać kopalniane szyby je na magazyny energii.

Opublikowana w 2023 roku analiza International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA) wykazała, że nieczynne kopalnie mogłyby w ten sposób przechować 70 terawatogodzin. A to mniej więcej tyle, by zapewnić elektryczność całej ludzkości przez jeden dzień.

Przełom 2030 roku

Na razie prądu ze słońca mamy (w skali świata) nadal niewiele. To, co cieszy, to tempo wzrostu. Międzynarodowa Agencja Energii (IEA) szacuje, że w 2025 roku energia słoneczna będzie źródłem 8,3 procenta całej energii elektrycznej. Jednak w 2030 roku ma to być już dwukrotnie więcej, 16,1 procent. Fotowoltaika, przewiduje, IEA, będzie wtedy największym źródłem energii odnawialnej.

Mniej więcej w tym samym 2030 roku zajdzie też inna przełomowa zmiana. Jak szacuje IEA w raporcie „World Energy Outlook 2024”.

Wtedy po raz pierwszy w skali świata fotowoltaika prześcignie węgiel.

To całkiem niedługo.