Urząd Regulacji Energetyki szacuje, że wolumen krajowej produkcji energii elektrycznej brutto w całym 2022 roku wyniósł ponad 175 TWh i był o blisko 1% wyższy niż rok wcześniej. Jednocześnie opublikowany w czerwcu 2023 roku scenariusz do konsultacji wstępnych aktualizacji Polityki Energetycznej Polski do 2040 roku (PEP2040) zawiera informację, że produkcja energii elektrycznej netto w Polsce przez kolejne 17 lat może zwiększyć się o 36% do 244 TWh [1]. Przywołane fakty potwierdzają, że zapotrzebowanie na prąd rośnie. To z kolei potęguje presję wywieraną na środowisko. Konieczność transformacji energetycznej kraju w kierunku gospodarki opartej na niekonwencjonalnych źródłach energii, w tym energii słonecznej, jest zatem niezaprzeczalna. Jednym z istotniejszych kierunków rozwoju jest fotowoltaika. Jakie korzyści ekologiczne oferuje wykorzystywanie energii słonecznej?
Korzyści wykorzystania energii słonecznej: Redukcja emisji zanieczyszczeń
Główną korzyścią z montażu paneli fotowoltaicznych jest zamiana konwencjonalnego źródła energii na źródło odnawialne. Jest to o tyle istotne dla polskiego środowiska, że zgodnie z danymi Krajowego Ośrodka Bilansowania i Zarządzania Emisjami sumaryczna wielkość emisji dwutlenku węgla w Polsce, która była objęta unijnym system handlu uprawnieniami do emisji (EU ETS), wyniosła w 2022 roku blisko 185 mln ton! To co prawda o 4% mniej niż rok wcześniej, ale nadal zdecydowanie za dużo. Spośród wszystkich branż objętych EU ETS największym emitentem CO2 pozostają elektrownie zawodowe (aż 56% udział). Dane te potwierdzają analizy think tanku Ember, które podkreślają przy tym, że Polska i Niemcy odpowiadają łącznie za dwie trzecie emisji CO2 pochodzących ze spalania węgla w energetyce w UE. Jak oznajmiła Harriet Fox, analityczka Ember „Polska wkrótce pozostanie największym emitentem w Unii Europejskiej, jeśli nie zmieni kursu”.
Emisja dwutlenku węgla z procesu powstawania energii elektrycznej to nie jedyny problem dla środowiska. Podczas spalania węgla powstają emisje tlenków węgla i azotu, dwutlenku siarki oraz pyłów. W ostatnich latach wielkość emisji pyłu PM10 przekraczała 340,4 tysięcy ton. Niewiele mniej wytwarzano pyłów PM2,5 – 254,5 tys. ton [2]. Problemem są też przekroczenia poziomów dopuszczalnych pozostałych zanieczyszczeń.
Pozyskanie energii elektrycznej z fotowoltaiki nie generuje emisji dwutlenku węgla ani innych zanieczyszczeń. Szacuje się, że każde 1000 kWh energii pozyskanej z promieniowania słonecznego przekłada się na redukcję emisji dwutlenku węgla o około 812 kilogramów rocznie. Przy łącznej skumulowanej moc instalacji PV na poziomie 12,189 GW [3], pozwala to zmniejszyć emisję CO2 o prawie 10 milionów ton. Zgodnie z założeniami do aktualizacji Polityki Energetycznej Polski do 2040 roku do końca bieżącej dekady moc zainstalowana w OZE osiągnie 50 GW, zaś do 2040 roku aż 88 GW. Potencjalne oszczędności dla środowiska są zatem niebagatelne.
Warto w tym miejscu także wspomnieć, że produkcja energii z paneli fotowoltaicznych i ich konsumpcja na miejscu lub z wykorzystaniem magazynów energii przyczynia się do ograniczenia strat przesyłowych. Finalnie to również znacząco przekłada się na ilość energii wytwarzanej w elektrowniach konwencjonalnych i wielkość emisji zanieczyszczeń.
Redukcja emisji metanu
Drugim pod względem szkodliwości dla klimatu gazem cieplarnianym jest metan. Jak wspomina Michał Hetmański, prezes Fundacji Instrat „Z powodu wysokiej szkodliwości metanu Międzynarodowy Zespół ds. Zmian Klimatu (IPCC) rekomenduje zmniejszenie jego emisji jako jeden z najlepszych sposobów na przeciwdziałanie globalnemu ociepleniu w perspektywie najbliższych lat”. Choć podczas spalania paliw kopalnych nie jest on wydzielany, jego emisje przypadają na wydobycie węgla. Dokładnie 420 tysięcy ton tego pierwiastka wyemitowały w 2021 roku polskie kopalnie węgla kamiennego. Dane Ember pokazują, że aż 70% wycieków metanu z czynnych kopalni węgla w Europie miało miejsce na terenie Polski. Znaczna część emisji pochodzi z miejsc zarządzanych przez spółkę PGG, która skupia się na wydobyciu węgla energetycznego do produkcji energii elektrycznej. Można zakładać, że zmniejszenie zapotrzebowania na paliwa kopalne wywołane budową instalacji fotowoltaicznych, wpłynie pozytywnie na redukcję emisji metanu w Polsce. Tę tendencję już zresztą widać. Emisja metanu w 2021 roku była mniejsza niż we wcześniejszych 12 miesiącach o 3% oraz o 28% niż dekadę wcześniej.
Inne zagrożenia dla środowiska wywołane wydobyciem paliw kopalnych
Zmniejszenie zużycia paliw kopalnych takich jak węgiel czy gaz ziemny wywołanie montażem OZE, pomaga także zmniejszyć presję na zasoby naturalne. Eksploatacja kopalni wpływa na faunę, grunty rolne czy leśne. Negatywne oddziaływania dotyczą:
- Powietrza – poprzez emisję zanieczyszczeń gazowo-pyłowych.
- Wody – poprzez drenaż, zrzuty zasolonych wód z odwadnianych kopalni [4].
- Górotworów oraz ukształtowania terenu – poprzez deformacje, zalewiska czy wstrząsy.
- Gleb – poprzez skażenie odpadami z eksploatacji złóż paliw kopalnych.
- Upraw, lasów, hodowli – obniżenie plonów, zalesienia i liczebności hodowli wywołane wyłączeniem z użytkowania terenów, na których wystąpiły szkody górnicze lub skażenia.
Intensywna eksploatacja kopalni prowadzi także do nasilenia wstrząsów sejsmicznych. Dynamiczny rozwój fotowoltaiki, która zastąpi energię pozyskiwaną ze spalania surowców nieodnawialnych, pozwoli zminimalizować te wszystkie negatywne efekty. W tym znaczeniu panele słoneczne poprawiają jakość życia mieszkańców oraz stan środowiska naturalnego.
Korzyści ekologiczne wykorzystania energii słonecznej: Wpływ fotowoltaiki na zachowanie bioróżnorodności
Choć nie mówi się o tym głośno, coraz więcej badań potwierdza pozytywny wpływ fotowoltaiki na bioróżnorodność. Z jednej strony chodzi tu o redukcję presji na rozbudowę konwencjonalnych źródeł energii (elektrowni), które wielokrotnie niszczą cenne siedliska. Z drugiej o skład gatunkowy i liczebność na terenach zabudowanych farmami fotowoltaicznymi i obszarach przylegających do nich. Grupa naukowców z Wielkiej Brytanii przeprowadziła badania na wybranych, dużych instalacjach PV oraz terenach kontrolnych, które potwierdziły, że [5]:
- na obszarach występowało więcej gatunków roślin niż na terenach kontrolnych (w szczególności bujna roślinność była zauważalna między rzędami paneli),
- bezkręgowce (motyle i trzmiele) znajdujące się na farmach charakteryzują się większą liczebnością, przy zbliżonej liczbie gatunków,
- pod panelami PV zaobserwowano zające szaraki, które korzystały ze schronienia i odpoczywały w wykopanych przez siebie zagłębieniach.
W 2021 roku naukowcy z Uniwersytetu Lancaster opublikowali pracę, która zmienia zapatrywanie na relację budowy farm fotowoltaicznych i owadów zapylających [6]. Sprawa jest naprawdę ważna, gdyż 75% wszystkich plonów na świecie jest produkowanych dzięki aktywności pszczół i innych owadów. Równocześnie z roku na rok zajmowane są coraz większe obszary do żerowania, gniazdowania i reprodukcji. Problemem jest między innymi skala wykorzystania agresywnych środków agrochemicznych w rolnictwie przemysłowym. Pomocą w przywróceniu równowagi mogą być właśnie instalacje fotowoltaiczne. Farmy są zazwyczaj ulokowane na obszarach wiejskich, a więc tam, gdzie działalność owadów zapylających jest najbardziej potrzebna. Sprzyjające dla rozwoju tej grupy zwierząt są umieszczone pod panelami zasoby roślinne (np. w formie upraw agrofotowoltaiki lub łąk fotowoltaicznych). Dzięki ich obecności owady uzyskują bazę żerową oraz przestrzeń do gniazdowania i rozmnażania się. Badacze zachęcili ponadto do tworzenia żywopłotów na granicy farm. Tak opisane obszary przynoszą szereg innych korzyści środowiskowych, do których zaliczamy:
- retencję wód opadowych – solidne systemy korzeniowe roślin zielnych odprowadzają i utrzymują w glebie wodę, przez co pozwalają przetrwać okresy suszy,
- ochronę przed pustynnieniem – wysoka roślinność chroni teren przed erozją wietrzną i parowaniem wody,
- fitoremediację – rośliny posiadają zdolność do oczyszczania gleby z zanieczyszczeń.
Korzyści ekologiczne energii słonecznej: Fotowoltaika a hałas
Integralnym towarzyszem produkcji energii elektrycznej jest hałas. Jest on szczególnie uciążliwy dla pracowników i otoczenia elektrowni konwencjonalnych i wiatrowych. Drgania występujące w okolicach dużych elektrowni mogą mieć negatywny wpływ na organizmy żywe, powodując rozdrażnienie, a czasami także przesiedlenie.
W celu jego redukcji stosuje się [7]:
- zabiegi przeciwhałasowe w konstrukcji i technologii wykonania nowych urządzeń energetycznych,
- racjonalną lokalizację budynków oraz maszyn,
- racjonalne usytuowanie pomieszczeń w obiektach elektrowni,
- zwiększanie chłonności akustycznej pomieszczeń, a także poprawa izolacyjności przegród budowlanych,
- dodatkowe zabiegi przeciwhałasowe bezpośrednio przy źródłach emitujących hałas,
- zabezpieczenia stanowisk obsługi,
- indywidualne środki zabezpieczające,
- właściwą eksploatację i konserwację urządzeń i zabezpieczeń.
Alternatywą może być rozwój technologii, które wytwarzają dźwięki o mniejszym natężeniu. Przykładem jest tu fotowoltaika. Panele słoneczne pracują bezgłośnie, a falownik dla typowej instalacji domowej wydaje dźwięki cichsze niż szept. Źródłami hałasu na farmach fotowoltaicznych są transformatory oraz inwertery. W tym wypadku poziom mocy akustycznej wynosi około 55 dB(A) dla transformatora i nawet 60 db(A) (w systemie centralnym) oraz 55 db(A) (w systemie rozproszonym) dla inwertera. Tym samym, biorąc pod uwagę lokalizację elektrowni PV, nie będą przekraczane dopuszczalne poziomy hałasów w środowisku. Wpływ instalacji fotowoltaicznych na klimat akustyczny należy uznać zatem za pozytywny.
Korzyści ekologiczne energii słonecznej – podsumowanie
Zaprezentowana charakterystyka korzyści środowiskowych z rozwoju energii słonecznych jednoznacznie pokazuje, że montaż fotowoltaiki pomaga naszemu otoczeniu i poprawia jakość życia ludzi i zwierząt. Wpływ można rozpatrywać w trzech segmentach:
- bezpośredni,
- alternatywny,
- pośredni.
Spalanie paliw kopalnych wiąże się z olbrzymią emisją zanieczyszczeń. Budowa instalacji OZE zastępuje elektrownie w zakresie produkcji prądu dla domów, przedsiębiorstw czy jednostek publicznych. Redukcja dwutlenku węgla i innych substancji jest w tym wypadku olbrzymia. Budowa farm PV zwiększa także szanse na zachowanie bioróżnorodności przyrody, w szczególności w zakresie owadów zapylających i roślin. Obok tego bezpośredniego wpływu na środowisko, fotowoltaika ogranicza działania alternatywne, których nie będzie trzeba podejmować po powszechnym przejściu na zielone technologie. Zmiany klimatyczne przyspiesza chociażby emisja metanu pochodząca z kopalni. Nie można także zapominać, że instalacje PV nie emitują szkodliwego hałasu, oraz ograniczają powstawanie odpadów. A te ostatnie w przypadku elektrowni węglowych potrafią być bardzo wysokie. Fotowoltaika przynosi także pośrednie korzyści dla środowiska. Elektrownie czy kopalnie wymagają ciągłej obsługi transportowej, na przykład w zakresie dostarczania surowców lub wywozu odpadów. Spalanie paliw w silnikach powoduje emisję, której można byłoby uniknąć, gdyby zamiast procesów zachodzących w generatorach, energia była produkowana przez technologie przyjazne środowisku.
W badaniu wpływu fotowoltaiki na środowisko nie można zapomnieć o kosztach. Sceptycy transformacji energetycznej podkreślają, że problemem jest proces produkcyjny i powstające odpady krzemowe. W tym miejscu warto zauważyć, że wytwórcy podlegają kontroli pod kątem dalszego zagospodarowania pozostałości i muszą postępować zgodnie z przepisami prawnymi. Powstały też już technologie dalszego wykorzystania odpadów, dzięki czemu realny wpływ na środowisko na tym etapie jest minimalny.
Korzyści ekologiczne energii słonecznej vs Recykling paneli słonecznych
Najwięcej wątpliwości budzi recykling zużytych paneli słonecznych. W Polsce fotowoltaika jest na wczesnym etapie rozwoju, w związku z czym ta kwestia nie jest jeszcze pilna. Obecnie trwają badania nad nowymi metodami recyklingu urządzeń PV, które mają być w 100% ekologiczne. Przykładowo naukowcy z Deakin University’s Institute for Frontier Materials opracowali zrównoważoną metodę ekstrakcji krzemu z wycofanych z eksploatacji modułów PV i przekształcenia go w nanokrzem, który może być wykorzystywany przy produkcji wysokoenergetycznych anod dla baterii litowo-jonowych. Jednocześnie należy podkreślić, że już teraz działają w naszym kraju firmy, które dokonują odpowiednie zabiegi polegające na usunięciu ramy, kabli i skrzynki przyłączowej. Wykonane z aluminium, szkła, plastiku, miedzi, srebra i krzemu panele są na dalszym etapie cięte i zgniatane, a później wysyłane do oddzielnych strumieni recyklingu. W ten sposób negatywny wpływ zielonej transformacji energetycznej jest praktycznie ograniczony do minimum.
Korzyści ekologiczne z produkcji energii pochodzącej ze słońca są niepodważalne i dlatego postulat budowy nowych jednostek OZE jest promowany i akceptowany przez wszystkie kraje na świecie.
Źródła:
[1] Scenariusz 3. Do prekonsultacji aktualizacji KPEIK/PEP2040, Ministerstwo Klimatu i Środowiska, str. 5.
[2] Wskaźniki zielonej gospodarki w Polsce 2022, GUS.
[3] Dane Agencji Rynku Energii z grudnia 2022 roku.
[4] Badania pokazują, że wody formacji węglonośnej są zmineralizowane i stwierdzono w nich 30 substancji, których zawartości przekraczają wielokrotnie najwyższe dopuszczalne wartości określone przepisami prawa dla wód pochodzących z odwadniania zakładów górniczych. Chodzi tu między innymi o żelazo, bor, chlorki czy siarczany.
[5] Montag, G. Parker, T. Clarkson, The effects of solar farms on local diversity: a comparative study, dostęp https://helapco.gr/wp-content/uploads/Solar_Farms_Biodiversity_Study.pdf
[6] Blaydes, S. G. Potts, D. Whyatt, A. Armstrong, Opportunities to enhance pollinator biodiversity in solar parks.
[7] Michalak, Wybrane aspekty oddziaływania elektrowni na środowisko.
