Elektrownie węglowe obniżają produkcję prądu. Fotowoltaika gorzej działa

Naukowcy z Uniwersytetu Oksfordzkiego i University College London przeanalizowali ponad 140 tys. instalacji fotowoltaicznych na całym świecie, łącząc dane satelitarne z modelami atmosferycznymi. Wynik: w 2023 r. aerozole obecne w atmosferze zmniejszyły globalną produkcję energii słonecznej o 5,8 proc.

To oznacza utratę 111 terawatogodzin energii rocznie. Dla porównania to mniej więcej tyle, ile produkuje 18 średnich elektrowni węglowych.

Węgiel osłabia działanie paneli

Mechanizm jest stosunkowo prosty. Elektrownie węglowe emitują do atmosfery ogromne ilości drobnych cząstek zanieczyszczeń, przede wszystkim siarczanów i pyłów zawieszonych. Te aerozole rozpraszają i pochłaniają światło słoneczne, zanim dotrze ono do paneli fotowoltaicznych. W efekcie instalacje produkują mniej energii niż mogłyby w czystszym powietrzu.

„Widzimy bardzo szybki rozwój odnawialnych źródeł energii, ale skuteczność tej transformacji jest niższa, niż często się zakłada. Gdy węgiel i fotowoltaika rozwijają się równolegle, emisje zmieniają warunki promieniowania i bezpośrednio osłabiają produkcję energii słonecznej” – mówi dr Rui Song z Uniwersytetu Oksfordzkiego i UCL.

Badacze podkreślają, że problem nie ogranicza się wyłącznie do blokowania światła słonecznego. Zanieczyszczenia wpływają również na powstawanie i właściwości chmur, co może dodatkowo zmniejszać ilość energii docierającej do powierzchni Ziemi. Autorzy sugerują więc, że rzeczywisty wpływ smogu na wydajność fotowoltaiki może być jeszcze większy niż obecne szacunki.

Jedna trzecia wzrostu „znika” przez zanieczyszczenia

Najbardziej niepokojący fragment badania dotyczy relacji między nowymi instalacjami fotowoltaicznymi a stratami powodowanymi przez zanieczyszczenia powietrza. Między 2017 a 2023 r. nowe instalacje PV zwiększały globalną produkcję energii średnio o 246,6 TWh rocznie. W tym samym czasie straty wynikające z aerozoli wynosiły średnio 74 TWh rocznie. Oznacza to, że niemal jedna trzecia korzyści wynikających z rozwoju fotowoltaiki była „zjadana” przez zanieczyszczenia atmosferyczne.

Autorzy badania opisują to jako dotąd niedoceniany problem transformacji energetycznej. W praktyce oznacza on, że samo zwiększanie liczby paneli słonecznych nie wystarczy, jeśli równolegle utrzymywany jest wysokoemisyjny sektor energetyczny.

„Wszystkie scenariusze pozwalające osiągnąć cele Porozumienia Paryskiego zakładają szybkie odchodzenie od energetyki węglowej, a to się nie dzieje. Energia z węgla nadal pozostaje zaskakująco tania, ponieważ jej rzeczywiste koszty są ukryte” – mówi prof. Myles Allen z Uniwersytetu Oksfordzkiego, współtwórca Oxford Net Zero.

Chiny są największym przykładem problemu

Najsilniej problem widać w Chinach. Kraj jest jednocześnie największym producentem energii słonecznej na świecie i jednym z największych emitentów zanieczyszczeń z energetyki węglowej. W 2023 r. Chiny wyprodukowały 793,5 TWh energii z fotowoltaiki, czyli ponad 41 proc. światowej produkcji PV. Jednocześnie straty związane z aerozolami obniżyły chińską produkcję energii słonecznej o 7,7 proc.

Według badaczy aż 29 proc. tych strat można bezpośrednio powiązać z elektrowniami węglowymi. Szczególnie problematyczne okazało się współistnienie ogromnych farm słonecznych i infrastruktury węglowej w tych samych regionach. Analiza przestrzenna wykazała wyraźną korelację między dużą mocą elektrowni węglowych a najwyższymi stratami energii z fotowoltaiki.

Badacze zauważają jednak ciekawy paradoks. Chiny są jedynym dużym regionem świata, w którym straty powodowane przez aerozole zaczęły stopniowo maleć. Między 2013 a 2023 r. spadały średnio o 1,4 proc. rocznie. Nie wynika to jednak z odchodzenia od węgla. Wręcz przeciwnie, chińska produkcja energii z węgla w tym czasie rosła. Poprawa jest efektem zaostrzenia norm emisji i modernizacji elektrowni, w tym wdrażania technologii ultra-low-emission ograniczających emisje siarki i pyłów.

USA i Europa wypadają inaczej

Sytuacja wygląda inaczej w Stanach Zjednoczonych. Tam straty związane z aerozolami obniżały produkcję PV średnio o 3,1 proc., czyli mniej więcej dwa razy mniej niż w Chinach. Badacze tłumaczą to przede wszystkim mniejszym współwystępowaniem dużych elektrowni węglowych i farm fotowoltaicznych. W USA instalacje słoneczne częściej powstają w regionach o niższym poziomie zanieczyszczeń atmosferycznych. Europa znalazła się mniej więcej w środku stawki. Średni poziom strat był zbliżony do globalnej średniej, choć sytuacja różni się mocno między poszczególnymi państwami.

Autorzy badania podkreślają, że ich wyniki pokazują szerszy problem transformacji energetycznej. W wielu krajach odnawialne źródła energii nie zastępują paliw kopalnych wystarczająco szybko, lecz rozwijają się równolegle z nimi. To ważne również dlatego, że światowe zużycie energii nadal rośnie. Międzynarodowa Agencja Energetyczna prognozuje, że globalny popyt na energię elektryczną będzie zwiększał się o niemal 4 proc. rocznie przynajmniej do 2027 r. Odpowiadają za to między innymi rozwój przemysłu, elektryfikacja transportu i gwałtowny wzrost zapotrzebowania na energię ze strony centrów danych oraz systemów sztucznej inteligencji.

W takich warunkach część państw nadal traktuje energetykę węglową jako zabezpieczenie dla niestabilnych źródeł odnawialnych. Problem polega na tym, że same elektrownie węglowe pogarszają warunki pracy instalacji fotowoltaicznych, które mają je zastąpić.

„To nie jest wyłącznie problem ekonomiczny. Elektrownie węglowe tworzą fizyczną barierę ograniczającą wydajność energii słonecznej” – piszą autorzy badania.

Według naukowców oznacza to, że planowanie transformacji energetycznej powinno znacznie mocniej uwzględniać kwestie jakości powietrza i lokalizacji infrastruktury energetycznej. Sam wzrost mocy zainstalowanej w OZE nie mówi jeszcze, ile energii rzeczywiście uda się wyprodukować w świecie pełnym smogu.