Farmy fotowoltaiczne zainstalowane na obszarze 1,2 proc. powierzchni Sahary mogłyby zaopatrzyć w energię elektryczną cały świat. Mało kto traktuje jednak taki pomysł poważnie. Dlaczego?
W ostatnich latach fotowoltaika w Polsce i Europie rozwijała się w zawrotnym tempie. Wie o tym chyba każdy, kto odbierał przynajmniej raz w miesiącu telefon z ofertą bezpłatnej wyceny montażu instalacji PV. I choć w ostatnich dniach Polska regularnie produkuje więcej energii ze słońca niż z wiatru, to do sfinalizowania transformacji energetycznej dzieli nas długa droga.
Składa się na to wiele przyczyn, a jedną z nich jest poziom nasłonecznienia. Nad Wisłą wynosi on jedynie 1000–1300 godzin rocznie, podczas gdy w Hiszpanii – 1700–2000. Dlatego – między innymi, bo nie tylko – kraje południa Europy notują najniższe wskaźniki LCOE, czyli kosztów energii wytwarzanej przez cały okres eksploatacji systemów PV.
W efekcie to państwa basenu Morza Śródziemnego są najbardziej atrakcyjnymi regionami inwestycyjnymi dla firm z branży energii słonecznej. Podążając tym tropem, można jednak dotrzeć na Saharę. No bo czy instalacje PV nie dałyby największego uzysku mocy na powierzchni największego na świecie piekarnika?
Farmy na piasku
Sahara to druga po Antarktydzie największa pustynia na ziemi. Zajmuje powierzchnię ok. 9,2 miliona kilometrów kwadratowych (dla porównania Polska to 322,5 tys. km2) i rozciąga się na terytorium jedenastu państw. To również jedno z najgorętszych miejsc globu. Maksymalne temperatury przekraczają tam 50°C. Ale bywa też całkiem chłodno. Z powodu niskiej wilgotności powietrza i małego zachmurzenia w krainie bezkresnych piasków nocą temperatury często spadają poniżej zera.
Z fotowoltaicznego punktu widzenia ważniejszym parametrem jest jednak nasłonecznienie. Na każdy metr kwadratowy Sahary przypada od 2 do 3 tys. kWh energii słonecznej rocznie. Jeśli przemnożyć tę wartość przez wielkość powierzchni, okazuje się, że Sahara może pobierać nawet ponad 27 miliardów terawatogodzin (TWh) rocznie. To znacznie więcej, niż potrzebuje świat. W 2022 r. globalna konsumpcja energii wyniosła „raptem” 173 tys. TWh.
Nawet przy założeniu, że modele AI do spółki z rynkiem kryptowalut będą pochłaniały coraz więcej prądu, a Chiny powrócą na ścieżkę 10-proc. wzrostu, Sahara zapewniłaby zasilanie całemu ziemskiemu PKB – bez wsparcia węgla i atomu oraz przy minimalnej emisji dwutlenku węgla (z pominięciem tego niuansu, że całkiem sporo CO2 generuje produkcja i utylizacja paneli PV).
Ale po co tworzyć nadwyżki: na zaspokojenie potrzeb świata wystarczyłoby pokryć fotowoltaiką 1,2 proc. powierzchni Sahary – ok. 335 km².
To dlaczego tego nie robimy?
Dlaczego nie możemy zamienić Sahary w dżunglę?
Przyczyn, jak to często bywa, jest kilka. Najmniej intuicyjna i najbardziej skomplikowana dotyczy wpływu tak gigantycznego przedsięwzięcia na klimat. Panele PV, ze względu na swój kolor, pochłaniają większość padającego na nie światła słonecznego. Jednak ich sprawność (stosunek ilości energii wyprodukowanej do energii dostarczonej) jest stosunkowo niska.
W przypadku starszych paneli polikrystalicznych wynosi ona 16–18 proc., a w przypadku najbardziej zaawansowanych, opartych na monokryształach krzemu – 20–22 proc. Pozostała część energii oddawana jest w formie ciepła. Innymi słowy rozległe instalacje PV dodatkowo podgrzewałyby i tak już niezbyt chłodną Saharę.
Badanie z 2018 r. opisane na łamach „Science” wykazało, że pokrycie jednej piątej powierzchni Sahary farmami fotowoltaicznymi podniosłoby lokalne temperatury o 1,5°C. Przy 50-procentowym pokryciu wzrost temperatury wyniósłby 2,5°C. Wynika to m.in. z różnic w albedo między panelami i piaskiem, który ma znacznie większą zdolność odbijania światła słonecznego.
Na wpływie lokalnym problem się nie kończy. Ciepło emitowane przez panele doprowadziłoby do wysokich różnic temperatur między lądem i oceanem. Zgodnie z symulacją wykonaną w oparciu o model klimatyczny nad Saharą spadłoby ciśnienie. Na miejsce podgrzanego i „ulatniającego się” powietrza zaczęłoby napływać wilgotne powietrze znad wody. Taka wymiana gazowa spowodowałaby kondensację pary wodnej i opady. W ten sposób powstałyby warunki sprzyjające wegetacji. Szczególnie że roślinność pochłania światło skuteczniej niż piasek. W perspektywie kilkunastu – w porywach do kilkudziesięciu – lat Sahara mogłaby się zazielenić i zapewnić przyjazne warunki do życia.
Brzmi jak marzenie? Złudzenie rozwiewa badanie z 2020 r. Wykazuje ono, że taka metamorfoza Sahary mogłaby mieć trudne do przewidzenia następstwa pogodowo-klimatyczne w innych, nawet odległych częściach globu. Przy 20-proc. pokryciu farmami PV średnia temperatura na świecie mogłaby wzrosnąć o 0,16°C, a przy 50-proc. – o 0,39°C. Przełożyłoby się to na szybsze topnienie lodowców i inne efekty.
Nowe źródło ciepła odbiłoby się również na wzorcach cyrkulacji powietrza i opadów. Zgodnie z symulacją deszcze tropikalne zaczęłyby się przesuwać na północ. Ucierpiałaby na tym m.in. Amazonia, która w tych okolicznościach mogłaby zaznać suszy. Ucierpiałaby też kongijska dżungla. Warto też przypomnieć, że Sahara w obecnej postaci jest ważnym źródłem składników pokarmowych dla Atlantyku i Amazonii.
Naukowcy zaznaczają, że potencjalnych następstw przerobienia Sahary na las jest więcej. Tyle tylko że trudno je przewidzieć przy pomocy uproszczonych modeli klimatycznych.
- Czytaj także: Blackout w Hiszpanii. To nie OZE winne awarii
Wyzwania techniczne i polityczne
Istnieją też przeszkody techniczne. Zbyt wysokie temperatury mogłyby doprowadzić do przegrzania paneli PV, obniżając ich sprawność i żywotność. Górna granica, do której ogniwa funkcjonują prawidłowo wynosi ok. 90°C. Negatywny wpływ na funkcjonowanie paneli miałyby również wysokie amplitudy. Kilkudziesięciostopniowe dobowe wahania temperatur to właściwie gwarantowany stres termiczny. Tego rodzaju cykle mogą prowadzić do rozszerzania i kurczenia się materiałów. To z kolei sprzyja ujawnianiu ukrytych wad, takich jak słabe połączenia lutowane, delaminacja (odklejanie się folii enkapsulacyjnej od ogniw, co ogranicza ich zdolność pochłaniania światła) czy pęknięcia w ogniwach słonecznych, oraz przyspiesza zużycie komponentów i powstawanie defektów.
Poważnym wyzwaniem jest też logistyka. Wyprodukowanie energii w ilości odpowiadającej jej światowej konsumpcji wymagałoby zainstalowania ponad 50 miliardów paneli PV o mocy 350W. Nawet gdyby ograniczyć to przedsięwzięcie do zasilenia Afryki, Europy i Bliskiego Wschodu, wciąż nie jest to bułka z masłem. Tego typu instalacje wymagają nadzoru, przeglądów i ochrony – a więc stałej obecności wykwalifikowanych pracowników w bardzo nieprzyjaznych warunkach bytowych. To również dodatkowe koszty.
Jeszcze większym wyzwaniem jest przesył energii. Jej wysyłka przez Atlantyk jest nierealna, ale nawet transport przez Morze Śródziemne lub do innych odległych lokalizacji wiąże się z bardzo dużymi stratami mocy (ok. 10 proc.). Jednym ze sposobów na ich ograniczenie mogłoby być użycie linii przesyłowych prądu stałego o wysokim napięciu – zamiast linii prądu zmiennego. Pozwoliłoby to zredukować straty o ok. 3 proc. na 1 tys. kilometrów. To jednak bardzo kosztowna operacja.
Krótko mówiąc, inwestycje w infrastrukturę przesyłową stawiają rentowność takiego projektu pod znakiem zapytania. Poza kwestiami czysto technicznymi trzeba pamiętać o czynnikach politycznych. Sahara jest regionem wyjątkowo niestabilnym. Rozstrzygnięcie, na czyim terenie mają znajdować się farmy, kto ma nimi administrować, komu mają przynosić jaki zysk, jak mają przebiegać linie energetyczne, jak zabezpieczyć całe przedsięwzięcie – te i inne kwestie niewątpliwie podzieliłyby wielu „interesariuszy”.
Desertec – megaelektrownia o powierzchni Szwajcarii
Krytyczne głosy w tej sprawie faktycznie się pojawiły. Część przedstawicieli krajów arabskich zgłaszało zastrzeżenia, że próba zagospodarowania Sahary na użytek fotowoltaiki to w istocie forma neokolonializmu. Plan utworzenia fotowoltaicznych megafarm w północnej Afryce był rozważany na początku zeszłej dekady. Chodzi o projekt Desertec, zainicjowany przez dwanaście niemieckich koncernów energetycznych (m.in. Siemens, ABB, E.ON i in.) zrzeszonych w spółce pod nazwą Desertec Industrial Initiative (DII).
Przedsięwzięcie przewidywało stworzenie największej na świecie elektrowni słonecznej o wielkości odpowiadającej – z grubsza rzecz biorąc – powierzchni Szwajcarii. Do 2050 r. miała ona zaspokajać ok. 20 proc. zapotrzebowania energetycznego Europy Zachodniej. Po kilku latach przyszło jednak otrzeźwienie. Projekt został w znacznym stopniu okrojony i z ambitnego przedsięwzięcia na skalę międzykontynentalną przeistoczył się w serię przedsięwzięć lokalnych.
Niemcy budują farmy w Maroku, Tunezji i Algierii, ale prąd trafia do okolicznych mieszkańców. Może i tak jest lepiej. Ale bez energii elektrycznej z Sahary z pewnością trudniej będzie zasilić Europę samymi OZE.
–
Zdjęcie tytułowe: shutterstock/fogcatcher
