Transformacja energetyczna zakłada odejście od spalania paliw kopalnych i zamianę konwencjonalnych źródeł wytwarzania energii na bardziej efektywne i zrównoważone dla klimatu i człowieka. Przykładem rozwiązania, które idealnie się wpisuje w ten proces, jest technologia morskich farm wiatrowych. Ten rodzaj OZE posiada szereg zalet, dlatego inwestycjami interesuje się cały świat. W 2023 roku do sieci przyłączono 10,8 GW nowych mocy z offshore, a łącznie, globalnie, jest już zainstalowanych ponad 75,2 GW. Branża offshore rozwija się intensywnie i przewiduje się, że w latach 2024-2028 kolejne 138 GW mocy zostanie oddanych do eksploatacji [1]. Także Polska posiada plany rozwoju morskich farm wiatrowych w Polskiej Wyłącznej Strefie Ekonomicznej na Morzu Bałtyckim. Obecnie na różnym etapie rozwoju jest ok. 8,4 GW, a projekty realizują rodzime przedsiębiorstwa – ORLEN czy PGE, a także światowi gracze [2].

Morska farma wiatrowa to zespół kilkunastu czy kilkudziesięciu turbin wiatrowych połączonych systemem okablowania z morską stacją elektroenergetyczną. Produkowana energia elektryczna trafia do morskiej stacji, której głównym zadaniem jest zwiększenie wartości napięcia z poziomu właściwego dla kabli wewnętrznych do poziomu napięcia przesyłowego (eksportowego). W ten sposób wyprodukowana przez morskie turbiny energia przekazywana jest na ląd, do stacji lądowej i ponownie – po dostosowaniu poziomu napięcia – do sieci, a w konsekwencji – do użytkowników końcowych.

Wybór lokalizacji dla przedsięwzięcia, jakim jest budowa morskiej farmy wiatrowej, to złożone zagadnienie, będące przedmiotem licznych analiz i rozważań. Chociaż wskazanie uniwersalnego zestawu czynników warunkujących położenie morskich farm wiatrowych (MFW) nie jest możliwe, w opracowaniach i artykułach naukowych wspomina się kilka kluczowych cech, które zostaną omówione w dalszej części artykułu. Należy jednak pamiętać, że czynniki warunkujące zasadność (ang. feasibility) budowy MFW mogą się różnić w zależności od lokalizacji na kuli ziemskiej. Przykładowo, istotne dla inwestycji u wybrzeży Turcji będzie zachowanie buforu od uskoków sejsmicznych, co z kolei jest kwestią zupełnie pomijalną w przypadku projektów na Morzu Północnym [3].

PSZW

W Polsce położenie prawne obszarów morskich określa Ustawa z dnia 21 marca 1991 r. o obszarach morskich Rzeczypospolitej Polskiej i administracji morskiej (Dz.U. 1991 Nr 32 poz. 131) [4]. Precyzuje ona lokalizację obszarów morskich, pasa nadbrzeżnego, portów i przystani morskich. Ponadto definiuje zasady korzystania z ww. obszarów oraz wskazuje organy administracji morskiej i ich kompetencje. Zgodnie z art. 23. 1. wznoszenie lub wykorzystywanie sztucznych wysp, konstrukcji i urządzeń w polskich obsza rach morskich wymaga uzyskania pozwolenia ustalającego ich lokalizację oraz określa jącego warunki ich wykorzystania na tych obszarach. Zgodnie z powyższym, także na potrzeby MFW wydawane są przedmiotowe pozwolenia (tzw. PSZW). Ustawa przedstawia charakterystyczne parametry techniczne przedsięwzięcia, które należy przedłożyć, ubiegając się o pozwolenie PSZW. W przypadku MFW pozwolenie PSZW jest ważne przez okres od dnia, w którym decyzja stała się ostateczna, do upływu 30 lat od dnia, w którym rozpoczęto eksploatację.

PZPPOM

W ramach Rozporządzenia Rady Ministrów z dnia 14 kwietnia 2021 r. w sprawie przyjęcia planu zagospodarowania przestrzennego morskich wód wewnętrznych, morza terytorialnego i wyłącznej strefy ekonomicznej w skali 1:200 000 [5] wprowadzono szczegółowy podział na funkcje podstawowe i dopuszczalne dla poszczególnych akwenów. Załącznikiem do wymienionego rozporządzenia jest plan zagospodarowania przedstawiony graficznie. W ramach tzw. PZPPOM wyznaczono obszary, które mogą zostać wykorzystane na cele morskiej energetyki wiatrowej. Zgodnie z § 6. 1. wznoszenie morskich elektrowni wiatrowych jest możliwe jedynie w akwenach, dla których określono funkcję podstawową „pozyskiwanie energii odnawialnej”. W ramach tej funkcji dopuszczalne jest pozyskiwanie, przetwarzanie, przesyłanie i gromadzenie energii ze źródeł odnawialnych, a także wznoszenie konstrukcji wymaganych do pozyskiwania i przesyłania energii wraz z towarzyszącą infrastrukturą. Infrastruktura przyłączeniowa dla MFW, czyli kable energetyczne, może być lokalizowana w ramach akwenów, dla których określono funkcję podstawową „infrastruktura techniczna”.

Czynniki warunkujące lokalizację MFW – legislacja

Niewątpliwie plan zagospodarowania przestrzennego jest czynnikiem wpływającym na lokalizowanie MFW. Farmy wiatrowe nie mogą być lokalizowane na morskich wodach wewnętrznych, ani w ramach morza terytorialnego. Poszczególne akweny, dla których określono funkcję podstawową „pozyskiwanie energii odnawialnej” znajdują się w Polskiej Wyłącznej Strefie Ekonomicznej. Te lokalizacje są ponadto tożsame z obszarami wymienionymi w załącznikach 1 i 2 do Ustawy z dnia 17 grudnia 2020 r. o promowaniu wytwarzania energii elektrycznej w morskich farmach wiatrowych (Dz.U. 2021 poz. 234) [6]. W ich granicach mogą zostać zlokalizowane morskie farmy wiatrowe, w odniesieniu do których wytwórca energii elektrycznej może ubiegać się o przyznanie prawa do pokrycia ujemnego salda. Szacowany potencjał rozwoju MFW na obszarach przeznaczonych w PZPPOM to 15,3 GW, jednak zgodnie z analizą Polskiego Stowarzyszenia Energetyki Wiatrowej (PSEW) potencjał Bałtyku jest ponad dwukrotnie większy [7].

Czynniki warunkujące lokalizację MFW – prędkość wiatru

Podstawową kwestią, jaką analizuje się przed podjęciem decyzji o rozwoju projektu wiatrowego (za równo na lądzie, jak i na morzu), jest prędkość wiatru. Na prędkość, ale także jego turbulentność ma wpływ tzw. szorstkość terenu. Na morzu nie występują żadne przeszkody terenowe, więc przepływ powietrza nie jest zakłócany. Bardzo często wiąże się to również z większymi średnimi prędkościami wiatru i stabilniejszymi warunkami niż na lądzie.

Oszacowanie średniego rozkładu prędkości wiatru w cyklu dobowym i rocznym prowadzi się podczas tzw. kampanii pomiarowej. Pomiar odbywa się z wykorzystaniem metod in situ lub tzw. teledetekcyjnych. W przypadku farm na morzu często stosuje się boje pomiarowe wyposażone w niezbędną aparaturę kontrolno-pomiarową. Takie rozwiązanie jest lepsze od tradycyjnych masztów pomiarowych z fundamentami z uwagi na brak konieczności uzyskania pozwoleń lokalizacyjnych (PWSZ) i niższy koszt. W literaturze można znaleźć informacje, że za prędkości wiatru opłacalne dla celów energetycznych uznaje się ok. 6,5 m/s [3]. Niemal cała polska część Morza Bałtyckiego charakteryzuje się średnimi prędkościami wiatru na poziomie ok. 9 m/s na wysokości 100 m [8]. Pod względem wietrzności Bałtyk to niezwykle atrakcyjna lokalizacja dla rozwoju projektów MFW.

Czynniki warunkujące lokalizację MFW – głębokość wody

Kolejną niezwykle istotną kwestią jest głębokość wody, co przekłada się bezpośrednio na wybór technologii fundamentów. Liczy się także rodzaj podłoża – konieczne jest rozpoznanie budowy dna morskiego. Dla głębokości do 60 m stosuje się fundamenty związane z dnem, powyżej dominują technologie fundamentów pływających (ang. floating). Najczęściej wybierane rozwiązania to fundament typu monopal, fundament kratownicowy (ang. jacket) oraz fundament grawitacyjny (ang. gravity base) [9]. W przypadku projektów rozwijanych w polskiej części Morza Bałtyckiego najprawdopodobniej zastosowane zostaną fundamenty typu monopal lub kratownicowe, z uwagi na występujące głębokości.

Czynniki warunkujące lokalizację MFW – obszary chronione

Obszary, gdzie lokalizowanie morskich farm wiatrowych nie będzie możliwe, to z pewnością tereny objęte ochroną z uwagi na środowisko, np. chronione w ramach programu Natura 2000, które ustanowiono w celu ochrony gatunków roślin i zwierząt. Udokumentowane miejsca występowania ptaków morskich także pozostają wykluczone z rozważań, ponieważ łopaty turbin wiatrowych mogą stanowić tu zagrożenie. Pomimo zastosowania różnego rodzaju zabezpieczeń w postaci detektorów ruchu, sensorów, sygnałów akustycznych itp. problem nie został w pełni rozwiązany. Z tego powodu MFW nie są lokalizowane na obszarach chronionych.

W zachodniej części Polskiej Wyłącznej Strefy Ekonomicznej wyznaczono obszary: Natura 2000 Zatoka Pomorska oraz Natura 2000 Ostoja na Zatoce Pomorskiej. Ponadto, w środkowej części znajduje się obszar Natura 2000 Ławica Słupska. Rozwijane projekty omijają wymienione tereny chronione.

Inne czynniki warunkujące lokalizację MFW

Istnieje szereg innych czynników, które mają pośredni lub bezpośredni wpływ na możliwości lokalizowania MFW. Wśród nich należy wymienić np. odległość od podmorskich kabli i gazociągów, odległości od obszarów połowów i żeglugi, odległość od wraków, poligonów wojskowych. Jak wcześniej wspomniano, zasadność danego kryterium będzie uzależniona od danego akwenu. Co ciekawe, w przyszłości należy wziąć pod uwagę także potencjalną możliwość wystąpienia oddziaływań skumulowanych w przypadku lokalizowania MFW blisko siebie.

***

Proces wyboru właściwej lokalizacji do budowy MFW jest złożony i związany z wieloma kwestiami. Rozwój projektu i budowa może trwać kilka, a nawet kilkanaście lat. Należy tu wziąć pod uwagę szereg czynników: uwarunkowania prawne, środowiskowe i techniczne. Branża offshore zyskuje jednak na znaczeniu i każdego roku na świecie przyłączane są kolejne GW. W Polsce pierwsze projekty powinny zostać oddane do eksploatacji przed końcem dekady.

Literatura

[1] J. Lee i F. Zhao, „GLOBAL WIND REPORT 2024”, GWEC, kwi. 2024. [Online]. Dostępne na: https://gwec.net/wp-con tent/uploads/2024/04/GWR-2024_digital-version_final-1. pdf

[2] Bojanowska B., Karlikowska M, Makowska J., Piotrowicz Ł., Wójcik M., „Program rozwoju morskiej energetyki i przemysłu morskiego w Polsce – aktualizacja 2018 r.”, Fundacja na rzecz Energetyki Zrównoważonej, Warszawa, 2018.

[3] E. Caceoğlu, H. K. Yildiz, E. Oğuz, N. Huvaj, i J. M. Guerrero, „Offshore wind power plant site selection using Analytical Hierarchy Process for Northwest Turkey”, Ocean Eng., t. 252, s. 111178, maj 2022, doi: 10.1016/j.oceaneng.2022.111178.

[4] „Ustawa z dnia 21 marca 1991 r. o obszarach morskich Rzeczypospolitej Polskiej i administracji morskiej.”, Dz.U. 1991 nr 32 poz. 131, mar. 1991.

[5] „Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 14 kwietnia 2021 r. w sprawie przyjęcia planu zagospodarowania przestrzen nego morskich wód wewnętrznych, morza terytorialnego i wyłącznej strefy ekonomicznej w skali 1:200 000”, Dz.U. 2021 poz. 935, kwi. 2021.

[6] „Ustawa z dnia 17 grudnia 2020 r. o promowaniu wy twarzania energii elektrycznej w morskich farmach wiatrowych”, Dz.U. 2021 poz. 234, grudz. 2020.

[7] KP Consulting, Instytut Morski Uniwersytetu Morskiego w Gdyni, Ramboll, DWF, „Potencjał Morskiej Energetyki Wiatrowej w Polsce”, PSEW, lis. 2022.

[8] https://globalwindatlas.info/en/; Dostęp: czerwiec 2024”.

[9] Praca zbiorowa pod redakcją Łukasza Sikorskiego, „ Mor ska energetyka wiatrowa: praktyczne wprowadzenie”. Helion S.A., 2023”.