Hydroenergia: czysta, tania, stabilna

• Renesans eletrowni wodnych w Polsce nastąpił po 1989 r.: wraz ze zmianą ustroju.
• Wykorzystujemy tylko 15-20 proc. potencjału wodnego, co oznacza, że 80 procent rzek i wód śródlądowych nie jest użytkowanych pod tym kątem.
• Polska korzysta głównie z węgla kamiennego i brunatnego, a przy obecnym tempie transformacji neutralność klimatyczną osiągnie około 2130 roku.

– Atak Rosji na Ukrainę sprawił, że dostęp do rosyjskich paliw stał się ograniczony i uświadomił nam, jak ważne jest zapewnienie źródeł energii niezależnych od sytuacji politycznej. Być może ten kryzys przyczyni się do mocniejszego zainteresowania hydroenergetyką – mówi prof. Kasperek, specjalista od inżynierii i gospodarki wodnej oraz budownictwa hydrotechnicznego, współautor artykułu „The hydropower sector in Poland: Historical development and current status”, który ukazał się w czasopiśmie „Renewable & Sustainable Energy Reviews”. O historii polskiej energetyki wodnej i jej obecnym stanie piszą także inni naukowcy związani z naszą uczelnią: Marian Mokwa i Arkadiusz Szkudlarek oraz specjaliści z Poznania, z Uniwersytetu Przyrodniczego (Tomasz Kałuża, Mirosław Czechlowski, Wojciech Czekała, Jacek Dach, Mateusz Hämmerling, Mariusz Sojka, Paweł Zawadzki) i Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza (Mariusz Ptak).

Renesans i zastój

Wystarczy porównać dwie liczby: dziś w Polsce jest zaledwie 760 małych elektrowni wodnych, przed wojną było ich ponad 8 tys. Powstawały od końca XIX wieku, wraz z zainteresowaniem hydroenergią, z rozwojem przemysłu, z rosnącą produkcją stali niezbędnej do turbin i innych elementów konstrukcji hydrotechnicznych. Pierwszą historyczną elektrownię na terenie obecnej Polski założono w 1894 r. przy młynie na rzece Bóbr w Nowogrodzie Bobrzańskim. Właśnie przy młynach wodnych, tartakach, foluszach, kuźniach powstawały pierwsze małe siłownie, wykorzystujące energię wody jedynie do napędzania własnych maszyn.

Stopniowo budowano także większe elektrownie, które przesyłały wyprodukowaną energię na zewnątrz. Rozwijały się w różnym stopniu, zależnie od terenu: najlepiej na ziemiach pod zaborem niemieckim, najsłabiej – pod rosyjskim. Odzyskanie przez Polskę niepodległości oznaczało odbudowę wyniszczonego kraju, konieczność stworzenia nowoczesnego przemysłu, dla którego niezbędna była energia elektryczna. W 1923 r. w Gródku, na Pomorzu, które zaledwie kilka lat wcześniej wróciło do Polski, uruchomiono pierwszą dużą elektrownię wodną w wolnej Polsce, dostarczającą prąd do Świecia, Chełmna, Chełmży, Grudziądza, Torunia i Gdyni. Zbudował ją, wykorzystując spiętrzenie rzeki Wdy, wybitny hydrotechnik Alfons Hoffmann, o którym mówiono – człowiek, który oświetlił Pomorze. Gródek szybko okazał się niewystarczający, budowa Gdyni wiązała się z coraz większym zapotrzebowaniem na energię do zasilania rozwijającego się miasta i portu; stąd decyzja o budowie kolejnej hydroelektrowni, w Żurze powyżej Gródka. W 1930 r. prezydent Ignacy Mościcki uroczyście otworzył tę największą wówczas i najbardziej innowacyjną hydroelektrownię w Polsce o mocy 9 MW (dwukrotnie większej niż poprzedniczka). Obie hydroelektrownie Gródek i Żur działają do dzisiaj, na oryginalnych stuletnich urządzeniach, podziwianych przez miłośników zabytków techniki.

Energia wyprodukowana przez turbiny wodne to niecałe 2 proc. produkcji energii elektrycznej w Polsce. Daje nam to odległe 18. miejsce w Europie.

Mniejsze elektrownie wodne, które rozwijały się intensywnie w gospodarce wolnorynkowej w okresie międzywojennym, poszły w zapomnienie. Niektóre zostały zniszczone w czasie drugiej wojny światowej, inne zaczęły popadać w ruinę po zmianie ustroju i upaństwowieniu gospodarki w PRL. W latach 50. funkcjonowało jeszcze około 6,5 tys. siłowni wodnych, których jednak ubywało z każdym rokiem.

Ich renesans nastąpił po 1989 r.: wraz ze zmianą ustroju, transformacją polityczno-ekonomiczną i rozwojem wolnej gospodarki małe elektrownie zaczęły być coraz bardziej popularne. W latach 90. rozwijały się intensywnie, przy wsparciu państwa, a przystąpienie Polski do Unii Europejskiej jeszcze wzmocniło ten korzystny trend. Ponowny zastój nastąpił po 2015 r.; rozwój dużych elektrowni wodnych został zahamowany, m.in. ze względów ekologicznych i ekonomicznych.

Wisła to nie Amazonka

Energetyka wodna w Polsce opiera się na elektrowniach przepływowych, regulacyjnych (zbiornikowych) i szczytowo-pompowych (z dwoma zbiornikami). Mamy 18 hydroelektrowni o mocy większej niż 5 MW; pozostałe to małe elektrownie wodne. Energię produkują 774 hydroelektrownie przepływowe, z których największą jest inwestycja we Włocławku na Wiśle; ich łączna moc wynosi 937 MW. Największą moc mają elektrownie wodne szczytowo-pompowe (1433 MW).

W sumie energia wyprodukowana przez turbiny wodne to niecałe 2 proc. produkcji energii elektrycznej w Polsce. Daje nam to odległe 18. miejsce w Europie.

– Wykorzystujemy tylko 15-20 proc. potencjału wodnego, co oznacza, że 80 procent rzek i wód śródlądowych nie jest użytkowanych pod tym kątem. Tymczasem zwiększenie udziału energetyki wodnej choćby o kilka procent to poprawa bezpieczeństwa energetycznego kraju – mówi prof. Kasperek.

Wykorzystujemy tylko 15-20 proc. potencjału wodnego, co oznacza, że 80 procent rzek i wód śródlądowych nie jest użytkowanych pod tym kątem. Tymczasem zwiększenie udziału energetyki wodnej choćby o kilka procent to poprawa bezpieczeństwa energetycznego kraju

Inwestorzy nie są skłonni do zainteresowania hydroenergetyką, bo przeszkody środowiskowe, prawne i finansowe piętrzą się niczym woda.

– Najbardziej zniechęcające są bariery prawne i środowiskowe – mówi współautor artykułu Arkadiusz Szkudlarek, doktorant wdrożeniowy Szkoły Doktorskiej UPWr. Dzieli czas pomiędzy pracę naukową i zawodową: prowadzi firmę Inex Green, w której zatrudnia studentów i absolwentów UPWr. Jest jedną z zaledwie 159 osób w Polsce, które mają uprawnienia budowlane w specjalności inżynieryjnej hydrotechnicznej. Wśród autorów tekstu wyróżnia się doświadczeniem praktycznym: projektuje i buduje małe elektrownie wodne. – Samych aktów prawnych, które regulują proces budowlany w Polsce, jest aż 157; niektóre po kilkaset stron. Proces legislacyjny jest tak długi i skomplikowany, że odstrasza już na starcie – opowiada doktorant. Na początku trzeba wybrać dogodne miejsce, ocenić jego potencjał energetyczny, opracować koncepcję techniczną, ocenić wpływ na środowisko. – Decyzja środowiskowa jest najważniejsza, najbardziej kosztowna i czasochłonna; jej uzyskanie może trwać nawet dwa lata – wylicza. Potem jeszcze pozwolenie wodno-prawne na piętrzenie i pobór wody, wniosek o dzierżawę gruntu, na którym ma stanąć elektrownia, wniosek o warunki przyłączenia do sieci, pozwolenie na budowę… Bywa, że cała procedura trwa nawet 8 lat.

– Dochodzą jeszcze konsultacje społeczne, a ludzie na ogół nie chcą u siebie hydroelektrowni, bo wciąż pokutują przekonania, że zbiorniki to ryzyko zatopienia przyległych terenów i naruszenie ekosystemu – mówi prof. Kasperek.

Dobrze zaprojektowana elektrownia zwraca się, przy obecnym systemie wsparcia, najwcześniej po 12 latach. – Konieczne są odpowiednie ceny sprzedaży wytworzonej energii, w ramach systemu wsparcia energii ze źródeł odnawialnych, w postaci cen gwarantowanych – dodaje profesor.

Zdaniem specjalistów trzeba zmienić prawo na bardziej stabilne i zachęcające, popularyzować wiedzę o hydroenergetyce i jak najlepiej dbać o zrównoważony rozwój. – Nie chciałbym, aby moje dzieci w przyszłości mogły oglądać łososie tylko w telewizji. Niezbędne jest udrażnianie cieków dla migracji wszystkich organizmów wodnych, a w szczególności dla ryb dwuśrodowiskowych. Tymczasem niektórzy inwestorzy traktują to jako zło konieczne – przyznaje Arkadiusz Szkudlarek. – A przecież da się pogodzić i postulaty ekologów, i rozwój hydroenergetyki. To jak elektrownia wpływa na środowisko, zależy od sposobu, w jaki została wybudowana. Są przepławki wraz z systemami naprowadzającymi ryby, specjalne windy, wolnoobrotowe turbiny, przez które ryby mogą przepłynąć bez uszkodzeń. Projektujemy także bystrza o bardziej łagodnym spadku, po których ryby swobodnie migrują.

Dobrze zaprojektowana elektrownia zwraca się, przy obecnym systemie wsparcia, najwcześniej po 12 latach

Przeciwnicy rozwoju hydroenergii argumentują, że Polska to nie Brazylia, Chiny czy Norwegia, a Wisła to nie Amazonka i nie ma u nas warunków, by hydroelektrownie były istotnym źródłem energii. Jesteśmy krajem nizinnym, rzeki mają niewielki spadek.

– Rzeczywiście, w porównaniu z innymi krajami nasze zasoby wodne są niewielkie, ale to nie przekreśla możliwości. Wystarczy odpowiednio gospodarować wodą, budując małe zbiorniki, piętrząc wodę w rzekach i kanałach – tłumaczy profesor Kasperek. Najlepsze warunki dla hydroenergetyki mamy na Mazurach, Pomorzu, w Sudetach i Karpatach. Najwięcej (45,3 proc.) zasobów hydroenergetycznych ma Wisła, dorzecze Wisły i Odry (43,6 proc.), Odra (9,8 proc.) i rzeki Pomorza (1,8 proc.).

Czarne, brązowe, zielone

Do 2050 r. Unia Europejska zobowiązała się osiągnąć zerowy poziom emisji gazów cieplarnianych i neutralność klimatyczną. Europejski Zielony Ład zakłada zmniejszenie poziomu zanieczyszczeń m.in. poprzez obniżenie emisyjności sektora energetycznego. – Według Międzynarodowej Agencji Energetycznej w 2025 r. z odnawialnych źródeł energii (OZE) będzie produkowane więcej energii niż z węgla. Prognozuje się, że jedna trzecia światowej produkcji energii elektrycznej będzie pochodzić z OZE, w tym ponad połowa z energetyki wodnej – mówi prof. Kasperek. – Niestety, w Polsce rozwój odnawialnych źródeł energii nie jest strategiczny dla decydentów. Nadal korzystamy głównie z węgla kamiennego i brunatnego, a przy obecnym tempie transformacji neutralność klimatyczną osiągniemy może w 2130 roku.

W Polsce największymi źródłami zielonej energii są słońce i wiatr: 47 proc. wszystkich mocy OZE stanowi fotowoltaika, na drugim miejscu są elektrownie wiatrowe (41 proc.); elektrownie wodne to zaledwie 6 proc. Ostatnie dwa lata to boom fotowoltaiczny w Polsce. W styczniu tego roku powstało 36,6 tys. instalacji z wykorzystaniem fotowoltaiki i zaledwie dwie elektrownie.

– To paradoks, bo atutem hydroenergii jest m.in. jej stabilność. Inne odnawialne źródła energii nie są tak pewne, wiatraki i panele fotowoltaiczne nie pracują, gdy nie ma wiatru i słońca – mówi profesor.

Korzyści z energetyki wodnej jest więcej: w przeciwieństwie do węglowej, poprawia zdegradowane środowisko zatrzymując wodę i polepszając małą retencję, która chroni też przed powodziami. Pozwala oszczędzać paliwa kopalne i produkuje tańszą energię. Zbiorniki często pełnią także funkcję rekreacyjną, np. zbiornik Turawa na Małej Panwi, który jest popularnym miejscem wypoczynku, co przyczynia się do rozwoju turystyki w regionie.

Elektrownie wodne mają długi cykl życia, są niezawodne i łatwe w obsłudze, wykorzystują krajowe zasoby wodne oraz umożliwiają bezpieczeństwo energetyczne bez względu na sytuację polityczną

– Wyprodukowanie w elektrowni wodnej 1 GWh daje oszczędność 800 ton węgla, redukcję 15 ton tlenków siarki, redukcję 1500 ton dwutlenku węgla, redukcję 5 ton tlenków azotu i 160 ton żużli i popiołów – wylicza profesor. – Elektrownie wodne mają długi cykl życia, są niezawodne i łatwe w obsłudze, wykorzystują krajowe zasoby wodne oraz umożliwiają bezpieczeństwo energetyczne bez względu na sytuację polityczną.

Warto byłoby zagospodarować już istniejące, a nieczynne budowle: w Polsce stoi kilka tysięcy niewykorzystanych urządzeń, niektóre jeszcze z okresu międzywojennego. – Mają duży potencjał, a marnują się – uważa Arkadiusz Szkudlarek.

– Wciąż jeszcze możemy pozyskać dużo czystej i odnawialnej energii z wody. Wierzę, że przynależność Polski do Unii Europejskiej i wiążące się z tym zobowiązania klimatyczne wymuszą większe zaangażowanie państwa w rozwój energetyki wodnej – dodaje prof. Robert Kasperek.

Aneta Augustyn