Morskie farmy wiatrowe w Polsce – budowa i rozwój

Czym są morskie farmy wiatrowe?

Morskie farmy wiatrowe to zespoły urządzeń i towarzysząca im infrastruktura, których podstawowym zadaniem jest wytwarzanie energii elektrycznej w oparciu o odnawialne źródło energii, jakim jest wiatr. Inwestycje te lokalizowane są na różnorodnych akwenach, najczęściej w ramach obszarów morskich, jak również na wodach oceanicznych czy śródlądowych. Początkowo realizowano je blisko brzegu, jednak współczesne morskie farmy wiatrowe instaluje się już dziesiątki kilometrów od wybrzeża.

Wspomniane zespoły urządzeń to turbiny wiatrowe zmieniające energię kinetyczną wiatru w mechaniczną ruchu łopat, a następnie wykorzystujące generatory do produkcji energii elektrycznej. Turbiny instalowane są na konstrukcjach wsporczych, zazwyczaj umocowanych w dnie morskim bądź opartych na rozwiązaniach pływających. Niezbędnym elementem projektu jest również infrastruktura elektroenergetyczna zlokalizowana zarówno na morzu, jak i na lądzie. Mowa tutaj o kablach podwodnych służących do wyprowadzania mocy, stacjach transformatorowych i konwerterowych czy o przyłączach sieciowych. Co ważne, budowa oraz eksploatacja morskich farm wiatrowych nie byłyby możliwe bez floty specjalistycznych jednostek morskich, służących do instalacji urządzeń, ich serwisowania czy transportu personelu. Ten ostatni stanowi kluczowy element, ponieważ bez wykwalifikowanej kadry, rozwój i funkcjonowanie takich projektów nie byłyby możliwe.

Morskie farmy wiatrowe w Polsce

Dlaczego morskie farmy wiatrowe to ważny element polskiej energetyki?

Energia jest jedną z najbardziej podstawowych potrzeb człowieka, wykorzystuje się ją praktycznie w każdym aspekcie życia. Większość energii zużywanej obecnie w Europie pochodzi z paliw kopalnych, tj. produktów naftowych, gazu ziemnego i węgla. Stanowi to podwójne zagrożenie dla społeczeństwa, z jednej strony produkcja energii jest największym emitentem gazów cieplarnianych, wywołując zmiany klimatyczne, natomiast sam import energii i jej nośników uzależnia Europę od innych krajów, co z kolei zagraża bezpieczeństwu. Stąd tak ważna jest czysta i odnawialna energia wytwarzana w kraju, jak i całej Europie.

Krajowy System Elektroenergetyczny w Polsce, którego łączna moc zainstalowana przekroczyła 41 GW, jest w ponad 70% oparty na elektrowniach opalanych węglem. W najbliższych latach wycofane zostaną z eksploatacji najstarsze bloki energetyczne. Do 2035 roku niezbędne będzie wyłączenie ponad 20 GW źródeł wytwórczych. Wynika to m.in z ich wieku i poziomu wyeksploatowania. Mając świadomość, że w polskim miksie energetycznym powstanie luka, należy się zastanowić nad alternatywą.

Rozwój OZE, w tym MFW w Polsce

Od około piętnastu lat mamy do czynienia z rozwojem energetyki odnawialnej w Polsce, co wpisuje się w politykę klimatyczną Unii Europejskiej. Na koniec ubiegłego roku odnawialne źródła energii (OZE) stanowiły 8,6 GW mocy zainstalowanej w KSE. Energetyka wiatrowa już dzisiaj stanowi ważny element polskiego miksu elektroenergetycznego i wiele wskazuje na to, że w najbliższych dekadach jej rola będzie wzrastać. Pełne wykorzystanie potencjału wiatru na lądzie i na morzu umożliwi transformację systemu energetycznego w kierunku gospodarki niskoemisyjnej oraz pomoże zapewnić bezpieczeństwo energetyczne kraju. Jednak z drugiej strony stanowić będzie o szybkim rozwoju zabezpieczenia infrastruktury krytycznej, którą bez wątpienia są morskie farmy wiatrowe.

Większość farm wiatrowych w Europie, również w Polsce budowana jest na lądzie (ang. onshore wind), ale w ostatnich dekadach nastąpił gwałtowny rozwój farm wiatrowych budowanych właśnie na morzu (ang. offshore wind). Morska energetyka wiatrowa jest jednym z najszybciej rozwijających się sektorów energetyki w Europie. Instalacjami na morzu dysponuje obecnie 11 europejskich krajów. Liderem rozwoju jest Wielka Brytania, w której moc zainstalowana przekroczyła 8 GW, a planuje się osiągnięcie 30 GW do 2030 roku. Kolejne pozycje zajmują Niemcy, Dania, Belgia i Holandia.

Również Polska, chcąc z jednej strony aktywnie uczestniczyć w ochronie środowiska naturalnego, a z drugiej dążąc do zaspokojenia rosnącego krajowego zapotrzebowania na energię elektryczną, inwestuje w czyste technologie odnawialne. Morskie farmy wiatrowe w Polsce dostarczą korzyści w wymiarach ekonomicznym, środowiskowym i społecznym. Lokalizacja wiatraków na morzu pozwala na większe wykorzystanie ich potencjału energetycznego – wiatr na morzu wieje przez około 90% roku. Dodatkowo wiatraki stawiane na morzu, dzięki swej unikatowej konstrukcji mają większe i bardziej wydajne turbiny niż rozwiązania lądowe. Usytuowanie ich w odległości ponad 20 kilometrów od linii brzegowej nie zakłóci pięknego, nadmorskiego krajobrazu polskiego wybrzeża, a będzie motorem rozwoju gospodarczego obszarów nadmorskich i całej Polski.

Pierwsze polskie morskie farmy wiatrowe zaczną produkować energię ok. 2025 roku, a do 2040 roku planowane jest oddanie do eksploatacji ponad 10 GW mocy zainstalowanej w Polskiej Wyłącznej Strefie Ekonomicznej. Te ambitne plany budzą duże zainteresowanie zarówno krajowych, jak i zagranicznych inwestorów. Wyliczenia ekspertów pokazują, z jednej strony, że zainstalowanie morskich farm wiatrowych o mocy 6 GW stworzy 77 tys. miejsc pracy w całej Polsce, wygeneruje ok. 60 mld PLN wartości dodanej do PKB i 15 mld PLN wpływów z tytułu podatków CIT i VAT do 2030 roku. Choć może się to wydawać dość optymistycznym założeniem, bazując na doświadczeniu Państw zachodnich pewnym można być, że 1 GW generuje zapotrzebowanie na 1000 nowych miejsc pracy bezpośrednio w sektorze. Co i tak w obecnej sytuacji rynku pracownika jest wyzwaniem.

W dużym uproszczeniu można przyjąć, że powodem rozwoju morskiej energetyki wiatrowej są również niedogodności związane z lądowymi farmami wiatrowymi, takie jak konieczność dysponowania dużym obszarem terenu, uciążliwość dla mieszkających w pobliżu ludzi (w szczególności hałas), zagrożenie pożarem (obecnie w ciągu roku spala się na świecie 120 turbin) czy zastrzeżenia estetyczne dotyczące wpływu widoku farmy wiatrowej na krajobraz. Wspomniane problemy nie dotyczą turbin wiatrowych zlokalizowanych w morzu, w szczególności z dala od brzegu. Ponadto morskie farmy wiatrowe są w stanie produkować więcej energii niż lądowe, gdyż wiatry morskie wieją dłużej i silniej niż nad lądem. Wadą MFW są z kolei koszty inwestycji, morskie farmy wiatrowe są droższe niż lądowe, ale z drugiej strony zwracają się stosunkowo szybko. Nie można zapomnieć, że morskie farmy wiatrowe stanowią także przeszkodę dla ruchu jednostek pływających. Przyjmuje się, że przyczyną kolizji statków z turbinami mogą być błędy nawigacji lub utrata zdolności manewrowania statkiem. W celu zmniejszenia ryzyka kolizji wymaga się, aby odległość farm wiatrowych od tras statków była możliwie największa.

Morskie farmy wiatrowe i ich realizacja

Stwierdzenie, że morskie farmy wiatrowe (MFW) to złożone przedsięwzięcia nie będzie budziło zaskoczenia. Wynika to nie tylko z wielomiliardowej wartości, ale także z charakterystyki projektów, ich skomplikowania i wielowymiarowego wpływu otoczenia. Cykl życia MFW można podzielić na główne cztery fazy:

• rozwoju,
• budowy,
• utrzymania,
• demontażu (faza likwidacji).

W zależności od rynku, na którym rozwijany jest projekt, od zaawansowania rozwiązań prawnych obowiązujących w danym państwie czas realizacji inwestycji może się znacząco różnic. Przykładowo, faza rozwoju dla pierwszych projektów w Polsce zajmuje średnio dwa razy więcej czasu, niż ma to miejsce w przypadku rynków rozwiniętych, np. Wielkiej Brytanii. Trzeba mieć świadomość, że dla najbardziej zaawansowanych krajowych projektów, na które wydano pozwolenia lokalizacyjne w latach 2011–2012, zakłada się uruchomienie produkcji energii elektrycznej dopiero w 2026 roku. Pewnym natomiast wydaje się, że niezależnie od skali projektu zakładany dwuletni etap budowy jest możliwy do osiągnięcia. Dla uproszczenia można przyjąć, że rozwój wraz z budową to od 8 do 10 lat, a okres eksploatacji to zasadniczo 25 lat, z możliwością jego przedłużenia do 35 lat.

Morskie farmy wiatrowe – faza rozwoju

Istotą fazy rozwoju są działania podejmowane przez zespół projektowy, co obejmuje m.in. szereg zadań i procesów w obszarze uzyskiwania pozwoleń czy prac projektowych oraz inżynieryjnych, ale także realizacje procesów zakupowych usług oraz komponentów, zabezpieczanie finansowania czy uzyskanie decyzji korporacyjnych. W ramach tego etapu uzgadniane są wszystkie niezbędne założenia, zbierane dane z obszaru, na którym będzie rozwijany projekt, weryfikuje się możliwości techniczne oraz zdolności produkcyjne dostawców poszczególnych technologii.

Dodatkowo w tej fazie konieczne jest określenie planu łańcucha dostaw i dalsze jego egzekwowanie na etapie kontraktowania. Ponadto kluczowym zadaniem jest zabezpieczenie zaplecza placu budowy oraz logistyki projektu, a zatem wybranie portu instalacyjnego, lokalizacji bazy dla fazy eksploatacyjnej O&M (ang. Operation and Maintenance) czy zabezpieczenie wymaganej floty jednostek instalacyjnych i serwisowych. Właściwe działania w każdym z tych obszarów są niezbędne, aby sprawnie funkcjonujący zespół projektowy odpowiedzialny za rozwój projektu mógł z powodzeniem dotrzeć do etapu kończącego fazę rozwoju, określonego jako FID (ang. Final Investment Decision), czyli podjęcia ostatecznej decyzji inwestycyjnej.

Morskie farmy wiatrowe – faza budowy

Etap ten określany jest mianem dynamicznej fazy, gdyż wiele różnych aktywności zachodzi w stosunkowo krótkim czasie. Warto mieć świadomość, że te działania są krytyczne w całym cyklu życia projektu, ponieważ wprost przekładają się na jego sukces bądź porażkę. Podczas fazy budowy zamówione i wyprodukowane komponenty w zależności od ustaleń umownych zostają dostarczone do wskazanego przez inwestora portu instalacyjnego. Wyróżnia się tu dwa główne obszary robocze – morski i lądowy. Można przyjąć, że na ogół działania na obszarze morskiej części projektu (parku turbin wiatrowych) rozpoczynają się od przygotowania fundamentów, następnie układa się kable wewnętrzne i eksportowe oraz montuje stację elektroenergetyczną. Później realizuje się wielofunkcyjne platformy morskie, a proces kończy się instalacją i uruchomieniem samych turbin wiatrowych. Oczywiście równocześnie trwają prace związane z przyłączeniem MFW do sieci, zarówno w części morskiej, jak i lądowej, gdzie budowana jest również̇ stacja pośrednia, tzw. główny punkt zasilania (GPZ) oraz połączenie z siecią̨ operatora.

Nietrudno się domyślić jak ważnym aspektem jest czas, odpowiednia synchronizacja, aby logistyka dostaw elementów nie generowała niepotrzebnych przestojów na placu budowy, zwłaszcza, że koszt prac na morzu jest znacznie wyższy niż na lądzie, a postoje statków instalacyjnych mogą generować ich ogromny wzrost. Jednocześnie należy uwzględnić warunki pogodowe, zarówno w szerokim kontekście rocznym (ze względu na stan morza i pogodę zimą praktycznie nie można prowadzić większości prac), jak i w ujęciu poszczególnych dni czy tygodni (siła wiatru może pozwalać na prowadzenie prac instalacyjnych jedynie w tzw. oknach pogodowych trwających niekiedy jedynie kilka godzin). Mając na uwadze powyższe, odpowiednie zarządzanie etapem budowy jest w tej fazie kluczowe.

Morskie farmy wiatrowe – faza utrzymania

Fazę budowy kończy osiągniecie komercyjnej działalności i przejście do etapu eksploatacji. Można powiedzieć, że jest to etap, podczas którego morskie farmy wiatrowe wytwarzają energię elektryczną, generując przy tym przychody, a właściciel prowadzi prace związane z serwisem samej infrastruktury projektu, czemu służą planowe działania prowadzone przez wyspecjalizowanych techników.

Morskie farmy wiatrowe – faza demontażu/likwidacji

W tej fazie, zgodnie z przyjmowanymi przez inwestorów założeniami najczęściej planowane jest usunięcie wszystkich komponentów MFW, tj fundamentów, kabli oraz oczywiście samych turbin wiatrowych. Jednak do tej pory nie ma zebranego doświadczenia, ponieważ w Europie nie odbyła się jeszcze żadna tego typu operacja.

Specjaliści przy MFW

Poruszając kwestie realizacji inwestycji, takich jak morskie farmy wiatrowe, nie można zapomnieć o zapotrzebowaniu na wyspecjalizowane kadry pracowników. Global Wind Energy Council podaje, że w 2020 roku w sektorze energetyki wiatrowej zatrudnionych było ok. 1,25 mln osób na świecie. Zainstalowanie do 2025 roku dodatkowych 480 GW mocy w lądowej i morskiej energetyce wiatrowej spowoduje utworzenie ok. 3,3 mln miejsc pracy w całym łańcuchu wartości. Rozwój rozwiązań lądowych w Polsce przyczynić ma się do powstania 51–97 tys. nowych miejsc pracy, natomiast w sektorze offshore przewiduje się zapotrzebowanie na ok. 34 tys. etatów w trakcie budowy instalacji i ok. 29 tys. etatów związanych z ich obsługą.

Wraz z rozwojem morskiej energetyki wiatrowej przedsiębiorstwa z łańcucha dostaw będą poszukiwały pracowników o zróżnicowanym poziomie specjalizacji i kompetencji. Wśród przykładowych zawodów wymienia się ekspertów prawnych, majątkowych oraz podatkowych, analityków finansowych, inżynierów, pracowników branży budowlanej, pracowników fabryk, projekt menadżerów, ekspertów ds. marketingu i sprzedaży, ekspertów ds. BHP, kontroli jakości lub logistyki czy naukowców związanych ze środowiskiem. Duża część wymagań dotyczących pracy i umiejętności potrzebnych do wytworzenia głównych komponentów to prace o niskich lub średnich umiejętnościach. Jednak w sektorze offshore kluczową rolę odegra również wykształcona kadra. Kompetencje, które będą niezbędne związane są m.in. z zarządzaniem oraz eksploatacją morskich farm wiatrowych, w tym techników turbin wiatrowych, inżynierią mechaniczną, diagnostyką, energetyką, ochroną środowiska, geologią i geotechniką czy eksploatacją jednostek offshorowych służących do obsługi farm.

Podsumowanie

Patrząc na kształt europejskiej polityki sektorowej, zauważalny jest dynamiczny rozwój morskiej energetyki wiatrowej. Założenia ustalone przez Komisję Europejską odnośnie do udziału OZE w 2050 roku nakładają na Polskę zobowiązania dotyczące inwestycji w morską energię wiatrową. W celu zestawienia tej wizji z krajową strategią, należy odwołać się do „Polityki energetycznej Polski do 2040” (PEP2040), gdzie w planie przyjętym w lutym 2021 roku zakłada się, że energetyka wiatrowa na morzu wdrożona zostanie po 2025 roku, aby osiągnąć moc zainstalowaną na poziomie 5,9 GW w 2030 roku, a następnie nawet 11 GW w 2040 roku. Mając na uwadze oczekiwany rozwój technologiczny i panujące trendy ekonomiczne, można przypuszczać, że ważną rolę w realizacji tego celu odegrają właśnie morskie farmy wiatrowe.

Warto pamiętać, że cały obszar Polskiej Wyłącznej Strefy Ekonomicznej liczy 22,5 tyś. km², a według dostępnych analiz PSEW potencjał rozwoju morskich farm wiatrowych wynosić może nawet do 20 GW. Trzeba wspomnieć, że obecnie rozwijane jest 7 projektów o łącznej mocy 5,9 GW, dla których planowane jest rozpoczęcie eksploatacji w podobnym czasie przypadającym na lata 2025–2027. Jeśli harmonogramy pozostaną niezmienione, spodziewać należy się dużej intensyfikacji prac budowlanych w obszarach nadmorskich i morskich, a następnie dużego wzrostu udziału morskiej energetyki w systemie energetycznym.

Morskie farmy wiatrowe na Bałtyku mają szansę odegrać kluczową rolę w transformacji energetycznej Polski ku gospodarce niskoemisyjnej, przyczynić się do zagwarantowania bezpieczeństwa energetycznego kraju oraz pomóc w walce z zanieczyszczeniem powietrza. Dodatkowo naturalnym wydaje się wypełnienie nimi powstającej luki wynikającej ze wspomnianych wyłączeń obecnych źródeł kopalnych w miksie energetycznym.

Literatura:
1. Praca zbiorawa pod redakcją Ł.Sikorskiego, „Morska Energetyka Wiatrowa – praktyczne wprowadzenia”, Helion S.A. 2023.
2. Shamsan Alsubal, Wesam Salah Alaloul, Eu Lim Shawn, M.S. Liew, Pavitira Kumar Palaniappan and Muhammad Ali Musara, „Life Cycle Cost Assessment of Offshore Wind Farm: Kudat Malaysia Case, Department of Civil and Environmental Engineering”, Universiti Teknologi PETRONAS.
3. K. Pronińska, K. Książopolski, „Baltic Offshore Wind Energy Development Poland’s Public Policy Tools Analysis and the Geostrategic Implications”, Energies 2021.
4. https://assets.new.siemens.com.
5. http://psew.pl.