Odnawialne źródła energii to kluczowy element światowej transformacji energetycznej. W 2022 r. ich udział w globalnej produkcji energii elektrycznej wynosił 29 proc., a według Międzynarodowej Agencji Energii do 2050 r. może osiągnąć nawet 90 proc.
Fotowoltaika, elektrownie wiatrowe i hydroelektrownie stanowią fundament dążenia do neutralności klimatycznej. Warunki atmosferyczne, awarie technologiczne, zmiany klimatu, a także problemy z magazynowaniem i dystrybucją energii stanowią jednak poważne wyzwania dla operatorów OZE.
Kruchość paneli wobec sił natury
Energia słoneczna rozwija się w błyskawicznym tempie — według raportu Solar Power Europe w 2023 r. globalna moc zainstalowana paneli PV przekroczyła 1 terawat (TW), a w ciągu dekady może wzrosnąć do 2,3 TW. Farmy słoneczne powstają na nieużytkach, pastwiskach dla bydła, a nawet na zbiornikach wodnych. Pierwsi takie rozwiązanie przetestowali Francuzi, ale niemiecki Instytut Frauhofera już kilka lat temu przeanalizował opłacalność fotowoltaicznych instalacji na wodzie w oparciu o zalewane kopalnie odkrywkowe węgla brunatnego w dawnej NRD. Problemem farm fotowoltaicznych są zagrożenia pogodowe i środowiskowe. Najgroźniejsze to gradobicia i burze — dane National Renewable Energy Laboratory (NREL) wskazują, że 30 proc. uszkodzeń paneli PV wynika z gradobicia. W 2017 r. w Teksasie burza zniszczyła farmę o mocy 4,4 MW, generując straty rzędu 10 mln dol. W 2021 r. w Polsce odnotowano intensywne gradobicie, które uszkodziło panele fotowoltaiczne w kilku regionach. Grad o średnicy kilku centymetrów spowodował pęknięcia w szklanej powierzchni paneli, co wymagało kosztownych napraw.
Kolejne zagrożenie to ekstremalne temperatury — zbyt wysokie mogą zmniejszać wydajność paneli. Każdy stopień powyżej 25°C oznacza spadek sprawności ogniw o 0,4-0,5 proc., co prowadzi do utraty energii szczególnie w regionach tropikalnych. W Niemczech odnotowano kilka przypadków pożarów instalacji fotowoltaicznych spowodowanych wadliwym okablowaniem lub przegrzewaniem się inwerterów. W jednym z przypadków pożar objął dach budynku, na którym zamontowano panele. Do tego dochodzą zanieczyszczenia i kurz — w krajach pustynnych piasek i pył mogą obniżać efektywność instalacji nawet o 25 proc., jeśli nie są regularnie czyszczone. Ale podobny efekt mogą dać wiatry na polskich ugorach, gdzie często wykorzystuje się teren do postawienia farm fotowoltaicznych.
Wśród zagrożeń fachowcy wymieniają również awarie techniczne i zagrożenia operacyjne. Najpoważniejszym może być uszkodzenie falowników — urządzeń, których zadaniem jest stabilizacja przepływu energii z paneli do sieci energetycznej. Żywotność falowników wynosi 10-15 lat, a ich awaria oznacza całkowite wstrzymanie przesyłania energii do sieci.
Kolejny problem to degradacja paneli. Panele fotowoltaiczne tracą sprawność z upływem lat — po 25 latach użytkowania ich efektywność może spaść nawet o 20 proc. Do tego dochodzą kradzieże i wandalizm. W Europie coraz częściej dochodzi do kradzieży paneli PV. W 2022 r. we Włoszech odnotowano 500 takich przypadków, co przyniosło straty rzędu 20 mln euro. W regionach wiejskich Afryki Południowej kradzieże paneli fotowoltaicznych są częstym problemem. W 2020 r. odnotowano kilka przypadków kradzieży całych instalacji, co zmusiło lokalne społeczności do inwestowania w dodatkowe zabezpieczenia. Ostatnim zagrożeniem są problemy systemowe. Rozwój produkcji energii opartej na OZE jest zdecydowanie szybszy niż modernizacja sieci energetycznych i budowa magazynów energii. W Niemczech w 2021 r. w niektóre dni aż 10 proc. energii ze słońca nie mogło zostać wykorzystane z powodu braku infrastruktury do jej magazynowania. Nie należy też jednak zapominać o całkiem przyziemnych skutkach szkód wywołanych przez instalacje fotowoltaiczne. To pożary powstające w wyniku wadliwej instalacji elementów albo szkody fizyczne — kiedy źle przymocowany panel spadnie na nieruchomość sąsiada.
Czy wiatr zawsze sprzyja?
Energia wiatrowa odpowiada za 7 proc. globalnej produkcji energii i dynamicznie rośnie. Jednak farmy wiatrowe — zarówno lądowe, jak i morskie — narażone są na szereg zagrożeń. Pierwszym zagrożeniem są huragany i silne wichury. Większość turbin wyłącza się automatycznie, gdy prędkość wiatru przekracza 25–30 m/s, co oznacza, że w czasie burz produkcja energii jest wstrzymywana. Warto jednak pamiętać, że wiosną 2020 r. w czasie pandemii COVID-19 niemieckie i duńskie turbiny wiatrowe „wykręciły” 20 proc. nadwyżki energetycznej przy wietrze osiągającym w porywach 120 km/h. Ale też w 2017 r. huragan Harvey spowodował poważne uszkodzenia farm wiatrowych w Teksasie. Silne wiatry uszkodziły łopaty turbin, a w niektórych przypadkach doprowadziły do ich całkowitego zniszczenia.
Inny problem to oblodzenie łopat. W Skandynawii i Kanadzie lód może zmniejszyć sprawność turbin nawet o 50 proc., a jego ciężar zwiększa ryzyko uszkodzeń mechanicznych. W Polsce takie zjawisko może dotyczyć przede wszystkim turbin zlokalizowanych w regionach górskich i w pasie nadmorskim. Analitycy wśród zagrożeń dla energetyki wiatrowej wymieniają również awarie techniczne i wpływ na środowisko. Awarie techniczne to uszkodzenia przekładni i generatorów. Przekładnie i generatory wymagają wymiany co 8–12 lat, co generuje wysokie koszty eksploatacyjne. Wpływ na środowisko widać głównie w przypadkach kolizji z ptakami i nietoperzami. Według British Trust for Ornithology farmy wiatrowe w Wielkiej Brytanii mogą odpowiadać za śmierć 100 tys. ptaków rocznie. Farmy wiatrowe na lądzie często spotykają się również z oporem lokalnych społeczności, które obawiają się hałasu, wpływu na krajobraz czy spadku wartości nieruchomości. Podobnie jak w przypadku fotowoltaiki turbiny wiatrowe mogą być narażone na kradzieże lub celowe uszkodzenia.
Zagrożenia dla farm morskich
W systemie offshore zagrożenia łatwo przewidzieć. To przede wszystkim sztormy i wysokie fale oraz niesprzyjające środowisko. W 2019 r. silne sztormy uszkodziły fundamenty turbin wiatrowych w Morzu Północnym, powodując wielomilionowe straty. Do tego dochodzi niszczycielskie działanie słonej morskiej wody, która przyspiesza degradację elementów metalowych, skracając żywotność turbin. Farmy wiatrowe na morzu w Wielkiej Brytanii borykają się z problemem korozji spowodowanej działaniem słonej wody. W 2019 r. odnotowano przypadki uszkodzeń fundamentów turbin, co wymagało kosztownych napraw.
Elektrownie wodne zależne od klimatu
Choć w polskim miksie energetycznym elektrownie wodne stanowią raptem około 2 proc. źródeł OZE, nie należy ich pomijać. Grają główną rolę w sytuacjach kryzysowych podczas powodzi na Dolnym Śląsku. Co im grozi? Wpływ zmian klimatu. Susze — w 2022 r. susza w Europie zmniejszyła produkcję energii wodnej we Francji o 20 proc., a we Włoszech o 37 proc. Nagłe powodzie — w 2019 r. powódź w Brazylii uszkodziła zaporę Belo Monte, powodując straty rzędu 250 mln dol. W 2024 r. powódź zniszczyła zaporę w Stroniu Śląskim, prowadząc do zalania miasta. Są też inne problemy. Osady rzeczne mogą zmniejszać pojemność zbiorników wodnych, co obniża wydajność hydroelektrowni. Jednocześnie zapory mogą blokować migrację ryb, prowadząc do degradacji środowiska. To nie koniec Postępujące zaangażowanie producentów energii w OZE generuje nowe zagrożenia. W 2021 r. odnotowano ataki hakerskie na farmy wiatrowe w Stanach Zjednoczonych. Cyberprzestępcy przejęli kontrolę nad systemami sterowania, co doprowadziło do czasowego wyłączenia części turbin. W 2020 r. odnotowano ataki hakerskie na systemy sterowania elektrowni wodnych w Europie. Ataki te były częścią większej kampanii wymierzonej w infrastrukturę krytyczną. W Niemczech w 2020 r. odnotowano przypadki celowego uszkodzenia kabli podmorskich łączących farmy wiatrowe na morzu z lądem. Sprawcy przecięli kable, co doprowadziło do przerw w dostawach energii. Również w Polsce częstym problemem są kradzieże miedzi z instalacji OZE, w tym z farm wiatrowych i fotowoltaicznych. W 2019 r. odnotowano kilka przypadków kradzieży kabli z farm wiatrowych w województwie pomorskim