W języku potocznym cena energii elektrycznej jest przeważnie całkowicie tożsama z jej kosztem i najczęściej oba wspomniane terminy stosowane są w pełni zamiennie podczas głoszenia różnego rodzaju stwierdzeń, wypowiedzi oraz wszelkich prowadzonych na ten temat dyskusji. Jednak w rzeczywistości cena energii elektrycznej ma niewiele wspólnego z jej całkowitym kosztem, zwłaszcza w przypadku stosowania tzw. odnawialnych źródeł energii (OZE). Przede wszystkim cena energii elektrycznej jest wartością skalarną, gdyż jest to po prostu pojedyncza liczba, która jedynie mówi, ile odbiorca końcowy musi zapłacić za jednostkę zużytej przez siebie energii elektrycznej – przykładowo za jedną kilowatogodzinę trzeba zapłacić dwa złote i trzydzieści pięć groszy brutto (to i tak byłoby tanio w porównaniu z tym, co w nadchodzących latach nas zapewne czeka).
Tymczasem koszt energii elektrycznej jest wielkością wektorową, ponieważ posiada wiele różnorodnych składowych, związanych przede wszystkim z tym, że koszt energii elektrycznej rozumiany jest jako różnego rodzaju zasoby oraz nakład pracy potrzebnej do jej wytworzenia. Zatem koszt energii elektrycznej to nie jest w żadnym wypadku pojedyncza wartość liczbowa, lecz może on zostać przedstawiony raczej jako punkt w pewnej wielowymiarowej przestrzeni, a dokonując wzajemnego porównania różnego typu źródeł energii, należy koniecznie poddać wnikliwej analizie wszystkie jego składowe.
Autorzy książki zatytułowanej „Fałszywa energia”, dr Lars Schernikau oraz prof. William Hayden Smith, przedstawili w niej koncepcję tzw. rzeczywistego pełnego kosztu energii elektrycznej: FCOE (ang. Full Cost of Electricity). W związku z powyższym, nawet gdyby w przypadku OZE cena energii elektrycznej była istotnie niższa niż w przypadku źródeł konwencjonalnych (elektrownie węglowe, gazowe bądź atomowe), to i tak fakt ten nie wyczerpywałby całości dyskusji dotyczącej zasadności stosowania OZE, ponieważ koniecznie należy jeszcze rozważyć jej koszt, który jest, jak już wspomniano, obiektem wielowymiarowym.
Na marginesie mówiąc, cena energii elektrycznej wytworzonej przez OZE nigdy nie będzie niższa od tej pochodzącej ze źródeł konwencjonalnych z uwagi na bardzo niskie wartości tzw. naturalnego współczynnika wydajności: NCF (ang. Natural Capacity Factor). Wspomniany współczynnik NCF zależny jest jedynie od geograficznej lokalizacji danego źródła energii elektrycznej, a jego wartości nie jest w stanie zmienić żaden postęp techniczny, ponieważ współczynnik ten jest od niego całkowicie niezależny. W przypadku instalacji fotowoltaicznych oraz siłowni solarnych (z zestawami parabolicznych zwierciadeł skupiających promienie słoneczne) wartość współczynnika NCF zależy wyłącznie od panującego na przestrzeni całego roku nasłonecznienia w danej lokalizacji geograficznej, a z oczywistych powodów wartości panującego tam nasłonecznianie nie jesteśmy w stanie w żaden sposób zmienić. Nie rozkażemy przecież Słońcu, aby świeciło dłużej, niż ma to normalnie miejsce w danym dniu roku, albo było zawieszone nad horyzontem nieco wyżej, niż wynikałoby to z danej szerokości geograficznej.
Podobnie nie jesteśmy w stanie zwiększyć prędkości wiatru wiejącego w danej lokalizacji geograficznej, w związku z czym wartość współczynnika NCF jest tam po prostu taka, jaka jest. Przekonać się o tym można, spoglądając na rys. 1 i 2, z których wynika, że wartość współczynnika NCF dla wiatraków lądowych jest niższa niż w przypadku wiatraków morskich – i tego faktu nie jesteśmy w stanie w żaden sposób zmienić.
Na marginesie, porównując ze sobą wykresy słupkowe zamieszczone na rys. 1 i 2, można zobaczyć, że pomiędzy wiatrakami morskimi a lądowymi nie ma w żadnym razie jakieś fundamentalnej różnicy, ponieważ w przypadku wiatraków morskich naturalny współczynnik wydajności jest tylko nieznacznie większy, a zatem budowa wiatraków na Bałtyku w sumie niewiele będzie w stanie zmienić w naszej obecnej katastrofalnej wręcz sytuacji w całym sektorze elektroenergetyki i w zakresie bezpieczeństwa energetycznego naszego kraju.
Ile naprawdę kosztuje energia?
Wracając do wspomnianego rzeczywistego pełnego kosztu energii elektrycznej, to autorzy wspomnianej książki noszącej tytuł „Fałszywa energia”, wyróżniają aż dziesięć różnych jego składowych, do których zaliczają:
- Koszt budowy urządzeń przeznaczonych do wytwarzania energii elektrycznej. W przypadku OZE należy tutaj uwzględnić koszty związane z wytworzeniem paneli fotowoltaicznych wraz z całym potrzebnym do ich funkcjonowania osprzętem, a także koszty budowy wiatraków oraz akumulatorowych magazynów energii.
- Koszt zużytego paliwa na potrzeby wytwarzania energii elektrycznej. Energia promieniowania słonecznego oraz energia kinetyczna wiatru są co prawda całkowicie darmowe, ale środki techniczne stosowane celem jej pozyskania takimi bynajmniej już nie są. Przykładowo w celu wybudowania wiatraka o mocy dwóch megawatów trzeba zużyć ponad tysiąc ton stali na jego maszt i pręty zbrojeniowe potężnego fundamentu oraz ok. dwóch tysięcy ton betonu. W tym wypadku bez paliw kopalnych się absolutnie nie obejdzie, ponieważ wytopienie tony stali wymaga spalenia ok. 800 kg węgla koksującego, a wypalenie tony cementu rodzi także zapotrzebowanie na ok. 300 kg wysokokalorycznego węgla.
- Koszt eksploatacji i utrzymania urządzeń przeznaczonych do wytwarzania i przetwarzania energii elektrycznej. Warto w tym miejscu wspomnieć, że w przypadku morskich farm wiatrowych, które mają być w najbliższych latach budowane na Bałtyku, wspomniane koszty są wręcz horrendalne, ponieważ wymagane jest utrzymanie całej floty specjalistycznych statków potrzebnych do bieżącej obsługi morskich siłowni wiatrowych. Z tego właśnie powodu Niemcy już w najbliższym czasie zamierzają przystąpić do rozbiórki swej pierwszej morskiej farmy wiatrowej, noszącej nazwę Alpha Ventus, składającej się z 12 wiatraków o wieżach wysokich na 155 metrów, ponieważ koszty jej utrzymania w ruchu okazały się zbyt wysokie, głównie ze względu na niezwykle trudne warunki ich eksploatacji.
- Koszt systemów transportu energii elektrycznej do użytkownika końcowego oraz systemów jej bilansowania. Wraz ze zwiększaniem udziału mocy zainstalowanej w OZE nieuchronnie wzrasta stopnień złożoności i wrażliwości całej infrastruktury przesyłowej. Tym samym krajowy system elektroenergetyczny staje się o wiele bardziej podatny na wpływ różnego rodzaju katastroficznych zdarzeń, które w rezultacie mogą prowadzić nawet do powszechnego blackoutu, czego niedawno byliśmy świadkami na Półwyspie Iberyjskim. Warto także wspomnieć o tym, że już w najbliższych latach budowa farm morskich na Bałtyku wymusi także budowę kilku dwutorowych elektroenergetycznych linii przesyłowych, pracujących pod napięciem 400 kV, które będą łączyły polskie wybrzeże z centrum kraju. Planowana jest także budowa elektroenergetycznej linii przesyłowej, pracującej pod napięciem stałym, za pośrednictwem której moc generowana w wiatrakach morskich byłaby przesyłana do obszaru Górnego Śląska. Oczywiście z przesyłem energii elektrycznej na aż tak duże odległości wiążą się także jej potężne straty, mające miejsce w przewodach linii przesyłowych, transformatorach, prostownikach i falownikach.
- Koszt magazynowania energii elektrycznej. Cykliczna praca instalacji fotowoltaicznych i w znacznej mierze losowy charakter pracy siłowni wiatrowych powodują, że w celu zwiększenia ich udziału w krajowym miksie energetycznym konieczna staje się rozbudowa systemów magazynowania energii elektrycznej, czyli budowa kolejnych dużych elektrowni szczytowo-pompowych, a także akumulatorowych magazynów energii.
- Koszt technologii rezerwowej. Przed zastosowaniem na dużą skalę OZE w elektroenergetyce obowiązywała żelazna reguła, w myśl której w tzw. rezerwie wirującej należało utrzymywać przynajmniej tyle mocy, ile wynosiła aktualnie moc największego z pracujących bloków elektroenergetycznych, tak aby w razie nagłej awarii taki blok mógł zostać szybko zastąpiony przyrostem generacji mocy z bloków pozostałych, będących aktualnie w ruchu i posiadających odpowiedni zapas rezerwy wirującej. Obecnie zarówno fotowoltaika, jak i energetyka wiatrowa wymagają w praktyce stuprocentowego rezerwowania mocy, ponieważ nader często występują wielogodzinne przedziały czasu, gdy ani jedno, ani drugie w ogóle nie działa, i w związku z tym koniecznie trzeba niepracujące w danej chwili jednostki OZE czymś zastąpić. Taki stan rzeczy wymusza budowę elektrowni konwencjonalnych na paliwa kopalne (głownie gaz ziemny), służące wyłącznie do rezerwowania OZE, przy czym tego rodzaju elektrownie pracują jedynie przez stosunkowo niewiele godzin w roku, co czyni ich działalność na tym polu całkowicie nieekonomiczną.
- Koszt środowiskowy. W tym wypadku należy uwzględnić wszystkie emisyjne i nieemisyjne skutki dla środowiska naturalnego, wynikające z zastosowania danej technologii wytwarzania energii elektrycznej. W szczególności w przypadku farm wiatrowych trzeba wziąć pod uwagę nieuchronne zmniejszenie się liczebności populacji ptaków, nietoperzy i owadów na całym otaczającym je obszarze. Warto także nadmienić, że niejednokrotne bliskiego spotkania z łopatą wirnika wiatraka nie przeżywają także ptaki należące do rzadkich i chronionych prawnie gatunków.
- Koszt wycofania z eksploatacji, recyklingu, utylizacji lub rekultywacji urządzeń przeznaczonych do wytwarzania energii elektrycznej. Prawdopodobnie już za kilkanaście lat staniemy w naszym kraju przed poważnym problemem związanym z koniecznością masowej utylizacji wielu tysięcy ton przeróżnych elektrośmieci: wyeksploatowanych chińskich paneli fotowoltaicznych o niskiej jakości i krótkim czasie życia, przepalonych falowników, niesprawnych prostowników, zużytych akumulatorów litowych, a także i startych łopat rotorów wiatraków.
- Koszt przestrzenny. Tego rodzaju koszt związany jest z relatywnie dużą powierzchnia zajmowaną przez instalacje OZE, co wynika bezpośrednio z niskiej wartości gęstości energii promieniowania słonecznego, docierającego do powierzchni Ziemi, oraz równie niewielkiej gęstości energii wiatrowej. Trzeba mieć również świadomość faktu, że ziemia jest tym dobrem, którego w żaden sposób nie przybywa, i jeśli pewien teren wykorzystamy pod budowę farmy fotowoltaicznej, to nie wybudujemy na nim już niczego innego. Warto także wiedzieć, że duża elektrownia węglowa o mocy jednego gigawata zajmuje zaledwie niecały kilometr kwadratowy powierzchni terenu (kilkadziesiąt hektarów), podczas gdy farma fotowoltaiczna, aby w ciągu roku mogła wyprodukować taką samą ilość energii, musiałaby mieć powierzchnię 103 kilometrów kwadratowych, przy czym wyliczenia te dotyczą Hiszpanii, gdzie warunki pracy fotowoltaiki są najkorzystniejsze w całej Europie, a współczynnik wykorzystania mocy zainstalowanej wynosi ponad 16%. Dla porównania w Polsce współczynnik ten wynosi zaledwie ok. 9%, w związku z czym powierzchnia terenu zajmowanego przez farmę fotowoltaiczną musiałaby być w przypadku naszego kraju jeszcze większa – kilkaset razy większa niż przy elektrowni węglowej.
- Koszty pozostałe. Związane są one m.in. z nakładem materiałowym na jednostkę usługi, czyli przykładowo mówią, ile ton stali trzeba zużyć w celu zainstalowania jednego megawata mocy bądź wyprodukowania jednej megawatogodziny energii elektrycznej. W przypadku elektrowni wiatrowych tego rodzaju nakłady materiałowe są znacznie wyższe, niż ma to miejsce przy konwencjonalnych źródłach energii elektrycznej. Ponadto koszty te związane są także z przewidywanym czasem żywotności OZE, który jest nawet trzykrotnie krótszy niż w przypadku elektrowni węglowych, gazowych, a zwłaszcza atomowych, pracujących z powodzeniem grubo ponad pół wieku. Tymczasem wirniki turbin wiatrowych często muszą być wymieniane już po niecałych dziesięciu latach eksploatacji, co wiąże się także z koniecznością ich późniejszej utylizacji. Wreszcie koszty te związane są z bardzo niskimi w przypadku OZE wartościami współczynnika EROI (ang. Energy Return on Investment), określającego stopę zwrotu z inwestycji w energię. Przykładowo na terytorium naszego kraju EROI dla fotowoltaiki wynosi zaledwie ok. trzech, co przekreśla z definicji jakąkolwiek ekonomiczną opłacalność tego rodzaju instalacji energetycznych.
Ponadto autorzy książki „Fałszywa energia” w jej zakończeniu dochodzą do konkluzji, że dobra polityka energetyczna państwa powinna dążyć do realizacji trzech zasadniczych celów, które należy uwzględniać w następującej kolejności.
Po pierwsze, należy bezwzględnie dążyć do zapewnia społeczeństwu stanu bezpieczeństwa energetycznego. Powstanie zjawiska swoistego „głodu” energetycznego będzie miało katastrofalne wręcz następstwa, ponieważ ostatecznie wpędzi w niewyobrażalną z dzisiejszej perspektywy biedę szerokie rzesze społeczeństwa, przy czym skutki tego odczują zwłaszcza osoby niezamożne; bardzo bogate mogą sobie przecież spokojnie pozwolić na zasilanie ich rezydencji z generatorów dieslowskich, przy czym koszt zużytego przez nie paliwa nie będzie miał dla nich zapewne większego znaczenia, podczas gdy zwykły zjadacz chleba będzie spędzał długie zimowe wieczory w niedogrzanym mieszkaniu i przy blasku świec. W skrajnym wypadku chroniczne braki dostaw energii elektrycznej mogą nas wręcz cofnąć w rozwoju do warunków bytowych, które obecnie znamy jedynie z dziewiętnastowiecznych opowiadań, takich jak „Antek” czy „Janko muzykant”.
Po drugie, należy dążyć do tego, aby energia elektryczna była dostępna dla społeczeństwa, przedsiębiorców oraz zakładów usługowych i przemysłowych po przystępnych cenach. Gdyby w naszym kraju energia elektryczna była wytwarzana głównie ze spalania węgla brunatnego, który jest obecnie najtańszym paliwem (kopalnie odkrywkowe) i którego zasoby wystarczyłby nam na co najmniej dwieście lat, to kilowatogodzina energii elektrycznej, wytworzonej w nowoczesnym bloku nadkrytycznym, nie kosztowałaby więcej niż 30 groszy.
Wreszcie, po trzecie, należy realizować cele związane z ochroną środowiska. W przypadku poszczególnych źródeł energii trzeba dążyć do wzrostu ich efektywności, poprzez zwiększanie sprawności procesów przetwarzania energii chemicznej paliwa w energię elektryczną (bloki zaprojektowane na parametry ultranadkrytyczne) oraz wzrost wartości współczynnika EROI. Należy także bezwzględnie ograniczać powszechne marnotrawstwo energii elektrycznej, przykładowo poprzez powiększanie efektywności energetycznej procesów przemysłowych, zwiększanie sprawności pracujących urządzeń elektrycznych, stosowanie czujników ruchu w systemach oświetlenia itp.
Tymczasem realizowana obecnie w naszym kraju polityka energetyczna stawia wszystko dosłownie „na głowie”, ponieważ to właśnie cele związane wyłącznie z ochroną środowiska wysuwa się absolutnie na pierwszy plan, przy czym postulaty odnoszące się do bezpieczeństwa energetycznym kraju i przystępności cenowej energii elektrycznej są powszechnie totalnie ignorowane. Podkreślenia wymaga jeszcze fakt, że wspomniane cele związane z ochroną środowiska są tutaj także fałszywie pojmowane, ponieważ dokonuje się ich redukcji do zaledwie jednego parametru, jakim jest wielkość antropogenicznej emisji dwutlenku węgla do atmosfery, którą chce się całkowicie wyeliminować do 2050 roku, nie zważając zupełnie na monstrualne wręcz koszty tego rodzaju karkołomnego przedsięwzięcia, a ponadto ignorując przy tym całkowicie nie tylko prawa ekonomii, ale także fizyki. Całkowicie ignorowana jest ponadto oczywista zależność dobrobytu panującego w danym kraju oraz dobrostanu jego społeczeństwa od nieprzerwanych dostaw energii elektrycznej, dodatkowo jeszcze powszechnie dostępnej w wymaganych ilościach po przystępnych cenach.
Odnośnie samego dwutlenku węgla to warto jedynie wspomnieć, że jego obecne stężenie w ziemskim powietrzu atmosferycznym, wynoszące ok. 400 ppm., należy do najniższych w całej historii kuli ziemskiej. Obecnie żyjemy w czwartorzędzie, który rozpoczął się ok. 1.800.000 lat temu, czyli stosunkowo niedawno, jeśli liczyć oczywiście w czasie geologicznym. W poprzedniej epoce geologicznej, czyli w trzeciorzędzie, stężenie dwutlenku węgla w atmosferze ziemskiej było znacznie wyższe, a w miocenie (gdy powstawały nasze złoża węgla brunatnego, ok. 20 milionów lat temu) przekraczało nawet 1000 ppm i jakoś planeta z tego powodu nie spłonęła (niestety ponad 30% populacji naszego kraju zapewne wierzy, i to pomimo wyjątkowo zimnego maja, że „płonie” ona obecnie – przynajmniej tak można byłoby wywnioskować z wyników pierwszej tury głosowania w wyborach prezydenckich).
Wspomniane podwyższone stężenie dwutlenku węgla nie przeszkadzało zapewne także naszym odległym przodkom, ponieważ chodzące kilka milionów lat temu po powierzchni Ziemi różnego rodzaju małpoludy miały się wówczas z pewnością dobrze, co jest empirycznym dowodem na to, że stosunkowo niewielkie podniesienie się stężenia dwutlenku węgla w atmosferze, w wyniku jego antropogenicznej emisji, nie może doprowadzić do żadnej termicznej katastrofy na Ziemi. Wynika to bezpośrednio z zależności absorbcji promieniowania podczerwonego od stężenia dwutlenku węgla w powietrzu, która w żadnym wypadku nie jest prostą zależnością liniową, tylko niezwykle słabą zależnością o charakterze logarytmicznym, w związku z czym nawet duże zmiany wartości stężenia dwutlenku węgla będą powodować bardzo niewielkie zmiany absorbcji promieniowania termicznego.
Ponadto temperatury panujące na powierzchni Ziemi nie są prostą pochodną wartości stężenia dwutlenku węgla w powietrzu atmosferycznym, lecz zależą jeszcze od bardzo wielu innych czynników, w tym od takich, z których istnienia być może nawet nie zdajemy sobie obecnie sprawy. Przykładem tego mogą być odkryte kilkadziesiąt lat temu tzw. cykle Milankovicia, związane z okresowymi zmianami nachylenia osi ziemskiej oraz zmianami ekscentryczności ziemskiej orbity, co może prowadzić w efekcie do spadku ilości energii docierającej do powierzchni Ziemi nawet o ponad 10 proc.