Battery used Battery charging

LOW←TECH MAGAZINE

Gospodarka Zasilana Pogodą

Transformacja energetyczna na źródła odnawialne będzie bardziej realistyczna, jeśli postaramy się dopasować popyt na energię do jej dostępności – nie na odwrót.

Przekład: Michał Kolbusz

Stoneferry detail

Obraz: „Barka z kamieniem”, obraz Johna Warda z Hull.

Przed nastaniem Rewolucji Przemysłowej, ludzie dostosowywali swoje potrzeby energetyczne do dostępności zasobów energii o zmiennym charakterze (ang. intermittent energy sources). Globalny handel i system transportowy – oparty się na łodziach żaglowych – działał tylko wtedy, kiedy wiał wiatr. Wiatraki dostarczające nam pożywienia, i napędzające wiele procesów wytwórczych, działały na tej samej zasadzie.

Takie podejście byłoby równie praktyczne dzisiaj, szczególnie gdy wspomożemy się nowoczesnymi technologiami. Fabryki i system transportowy – łodzie, a może i kolej – mogłyby pracować wyłącznie na energii odnawialnej, wtedy kiedy jest dostępna. Dopasowanie popytu na energię do podaży na nią spowoduje, że transformacja energetyczna na źródła odnawialna będzie bardziej realistyczna, niż jest dzisiaj.

Energia Odnawialna W Czasach Przedprzemysłowych

Przed Rewolucją Przemysłową, zarówno przemysł, jak i transport, były w dużej mierze uzależnione od nieciągłych źródeł energii odnawialnej. Już starożytności używano młynów, wiatraków i łodzi żaglowych, lecz dopiero od XIV wieku, Europejczycy zaczęli wykorzystywać ich pełny potencjał.

W czasach ich świetności, tuż przed nadejściem ery przemysłowej, szacuje się, że w Europie pracowało 200 tysięcy wiatraków i 500 tysięcy kół wodnych. Początkowo, wiatraki i koła wodne służyły jedynie do mielenia zboża w młynach - bardzo pracochłonnego zajęcia, dawniej wykonywanego ręcznie (najpierw za pomocą kamieni, a później ręcznie obracanych żaren).

summer landscape with windmill and boat

Obraz: „Letni krajobraz”, obraz autorstwa Jan’a van Os.

Wiatraki i koła wodne szybko zaadaptowano w przemyśle, gdzie wprawiały w ruch maszyny wykonujące takie procesy jak np. cięcie drewna, polerowanie szkła, wyrób papieru, wiercenie rur, cięcie kamieni, ostrzenie noży, cięcie metalu, kruszenie wapieni, wyrób prochu strzelniczego, wyrób zaprawy, bicie monet i wiele, wiele innych. 13 Wiatraki i koła wodne znalazły swoje miejsce również w przetwórstwie rolnym. Wyciskały oliwę z oliwek, łuskały jęczmień i ryż na kaszę, mieliły przyprawy i tytoń, międliły len, wyciskały z rzepaku i konopi olej używany do gotowania i oświetlania.

Chociaż zdany był na kaprysy pogody i nieprzewidywalne siły energii wiatrowej, handel międzynarodowy stanowił fundament rozwoju wielu europejskich gospodarek ery przedprzemysłowej.

Koła wodne znano już w starożytności, jednak dopiero od XV wieku, zaczęły zyskiwać na popularności i rozprzestrzeniły się po całej Europie. Jednak „przemysłowe młyny (wiatraki)” narodziły się dopiero w Holandii, w kraju który najlepiej ujarzmił i zaprzągł do pracy energię wiatru. Te konstrukcje zaczęto stawiać w XVI w. i przez dłuższy czas były tylko tam spotykane. Holendrzy wykorzystywali wiatr do przeróżnych zadań, w tym do wydzierania morzu cennych skrawków ziemi. Aż do roku 1850, za ich pomocą, ten położony nisko nad poziomem morza kraj, mógł skutecznie osuszać tereny potrzebne rolnictwu. 3

river landscape with fishermen in rowing boats

Obraz: „Krajobraz rzeczny z rybakami na łodziach wiosłowych”, Abraham Storck, 1679 rok.

Transport napędzany wiatrem – za pomocą żaglowców – zaczął się gwałtownie rozwijać od XVI wieku, kiedy to Europejczycy „odkryli” nowe lądy. Dzięki niemu, powstał przewidywalny, różnorodny i ciągle się rozrastający system międzynarodowego handlu towarami masowymi (takimi jak zboże, drewno, wino, metale, ceramika, suszone ryby), dobrami luksusowymi (np. metalami szlachetnymi, futrem, przyprawami, kością słoniową, jedwabiem i lekami) i niewolnikami. 4

Chociaż zdany był na kaprysy pogody i nieprzewidywalne siły energii wiatrowej, handel międzynarodowy stanowił fundament rozwoju wielu europejskich gospodarek ery przedprzemysłowej. Niech przykładem będzie Holandia tamtego okresu, której przemysł stoczniowy, skoncentrowany wokół 450 zasilanych wiatrem tartaków, importował praktycznie wszystkie materiały z basenu Morza Bałtyckiego: drewno, smołę, żelazo, konopie i lniane płótno. Żeby wyżywić swoją ludność Holendrzy również byli zdani na wiatr dmuchający w żagle. Pod koniec XV wieku, do holenderskich portów rocznie zawijało dwa tysiące statków ze zbożem z Gdańska. 4 Łodzie żaglowe były również niezbędne do połowu ryb.

Jak W Epoce Przedprzemysłowej Radzono Sobie z Nieciągłością Energii

Już 500 lat przed nastaniem ery paliw kopalnych, odnawialne źródła energii były niezbędne dla funkcjonowania europejskich społeczeństw. Jednak Europejczycy nie mogli liczyć ani na chemiczne baterie, linie przesyłowe, ani na zapasowe elektrownie konwencjonalne równoważące niedobory produkcji energii. Jak, w takim razie, nasi przodkowi radzili sobie ze zmienną i nieciągłą naturą odnawialnych źródeł energii?

Jednym ze sposobów było wprowadzanie rozwiązań technicznych, które do pewnego stopnia, dopasowywały podaż energii do popytu, tak jak my robimy to dzisiaj. Poziom wody w rzekach zależał od pogody i pory roku. Koła wodne umieszczone na łodziach i młyny zbudowane na mostach były jednymi z pierwszych prób rozwiązania tego problemu. Podnosiły się i opadały razem z poziomem wody, dzięki czemu pracowały w bardziej przewidywalny sposób. 12

Nasi przodkowie wprowadzali rozwiązania techniczne, które do pewnego stopnia, dopasowywały podaż energii do popytu.

Potrafili również część energii wodnej zmagazynować na późniejszy użytek. Od czasów średniowiecza, na rzekach stawiano zapory, jazy i inne urządzenie hydrotechniczne piętrzące wodę. Jest to tożsame rozwiązanie do współczesnych tam na rzekach. Wszelkiego typu zapory wyrównywały przepływ wody w strumieniach i w razie potrzeby zapewniały potrzebną energię. 2 5

horse mill

Obraz: “Młyn Konny”, obraz Jamesa Herringa, 1850 rok.

Rzeki mogły jednak wyschnąć, albo zamarznąć na dłuższy czas, i wtedy ani jazy ani regulacja wysokości koła wodnego nie pomagały. Jeśli ktoś postawił na wiatraki, to niestety nie mógł liczyć na żadną sztuczkę techniczną przynoszącą wiatr podczas ciszy - pozostawało tylko się o niego pomodlić. 367

Jedną z technologicznych odpowiedzi tamtych czasów na nieciągłość produkcji energii, zarówno energii wiatru i wody, był kierat - zwany inaczej „młynem końskim”. 8 W przeciwieństwie do wiatru i wody, siła mięśni – osłów, mułów, koni, wołów, ludzi, a nawet psów - mogła zostać zaprzęgnięta do pracy w dowolnym momencie. Jednak pod względem sprawności energetycznej kierat był drogą i mało wydajną technologią - utrzymanie jednego konia wymaga osiem razy więcej gruntów przeznaczonych na pastwiska, niż ziemi uprawnej do wyżywienia jednego człowieka. 9 Z tego powodu, praca zwierząt w przemyśle nigdy nie została wykorzystana na większą skalę. Kieraty znalazły swoją niszę w mieleniu zboża, lub jako źródło energii małych zakładów wytwórczych. 1

Tym bardziej, kierat nie mógł mieć zastosowania jako zapasowe źródło energii na statkach żaglowych. Z zasady, kiedy nie ma wiatru, łódź może skorzystać z pracy wioślarzy, jednak utrzymanie wystarczająco licznej załogi wioślarzy wymaga dodatkowych zapasów wody pitnej i pożywienia, przez co, taki napęd sprawdzał się jedynie na statkach wojennych i małych łodziach.

Dopasowywanie Popytu Do Podaży: Fabryki

Ponieważ nasi przodkowie mieli ograniczone możliwości radzenia sobie z nieciągłą naturą źródeł odnawialnych, podeszli do całej sprawy inaczej, niż staramy się to zrobić my - ludzie współcześni. Starali się oni zaadaptować do zmiennych zasobów energii. Innymi słowy, akceptowali to, że energia odnawialna nie zawsze jest dostępna i działali podług tego. Na przykład, wiatraki i łodzie żaglowe były w użyciu tylko wtedy, kiedy wiał wiatr.

windmills

Obraz: „Wiatraki w Westzijderveld niedaleko Zaandam”, obraz Cloude Monet.

Przemysłowe wiatraki wykorzystywały każdy moment sprzyjającej pogody. Kiedy wiatr wiał wystarczająco silnie, wiadomo było, że młynarz będzie pracował dzień i noc, robiąc w trakcie tylko krótkie drzemki. Wiemy na przykład, że w angielskich zakładach Union Mill w Cranbrook, zdarzyło się, że młynarz podczas wietrznego okresu trwającego 60 godzin, zdążył zaznać jedynie trzech godzin snu. 3 Publikacja „Mills and Millwrighting” („Młyny i stawiania młynów”) z roku 1957, częściowo oparta na rozmowach z ostatnimi żyjącymi tradycyjnymi młynarzami, pokazuje jak ważne było wykorzystanie każdej okazji, kiedy tylko dostępny był wiatr:

„Nie było to niczym niezwykłym, że z nadejściem jesiennych wiatrów, młynarzowi zdarzało się pracować od północy w niedzielę do wtorkowego wieczoru, od środy rano do czwartku w nocy, a następnie od piątkowego poranku do północy następnego dnia, łapiąc w tym czasie tylko kilka chwil na drzemkę; po tym poznać dobrego młynarza, że zawsze zerwie się z łóżka kiedy wiatr się wzmaga, wstając o północy aby uruchomić młyn, ponieważ wiatr to jego nadzorca i musi wykorzystać każdą okazję kiedy wieje. Wiele wiosek doświadczyło czasów, przed wynalezieniem silnika parowego, gdy brakowało pszennego chleba, ponieważ młyn (wiatrak) nie pracował w okręgu, w którym nie było rzek ani strumieni; w takich kryzysowych czasach, bezwietrznych jesieni, ludzie musieli się zadowolić chlebem z jęczmiennej mąki, a nawet z ziemniaków.” 10

Wcześniej, w bardziej konserwatywnych czasach, młynarz zostałby ukarany za pracę w niedzielę, ale nie zawsze się tym przejmował. Kiedy zaprotestowano przeciwko niedzielnej pracy młynarza Wade z Wiclewood z młyna wieżowego w Norfolk, ów młynarza tak się tłumaczył: „Jeśli Pan jest na tyle dobry, że zsyła mi w Niedzielę wiatr, to ja z niego korzystam”. 11 W czasie ciszy wiatrowej młynarze wykonywali inne prace, takie jak naprawa i konserwacja urządzeń, albo robili sobie wolne. Noah Edwards, ostatni młynarz młyna wieżowego Arkley w hrabstwie Hertfordshire, w tym czasie - „wieczorem siedziałby u wejścia do młyna i grał na skrzypcach”. 11

Dopasowywanie Popytu Do Podaży: Żaglowce

Do podróży morskich podchodzono podobnie jak do wiatraków. Ponieważ, w tamtym czasie napęd statkom dostarczały żagle, żeglarze podczas ciszy wiatrowej schodzili na ląd, żeby np. dokonać niezbędnych napraw statków czy uzupełnić zapasy. Podróże planowali biorąc pod uwagę sezonowe zmienności pogody, wykorzystując sprzyjające wiatry i morskie prądy. Na morzu, wiatr nie tylko wieje mocniej niż na lądzie, ale jest również bardziej przewidywalny.

Żeglarze planowali podróż biorąc pod uwagę sezonowe zmienności pogody – wykorzystując sprzyjające wiatry i morskie prądy.

W troposferze wyróżniamy sześć głównych pasów wiatrów, po trzy na każdej półkuli ziemskiej. Od równika do biegunów wieją pasaty, wiatry zachodnie i wiatry wschodnie (w języku angielskim pasaty zwyczajowo nazywa się „trade winds” czyli „wiatrami handlu”, przyp. tłum.). Sześć pasów wiatrów przesuwa się na północ podczas lata na półkuli północnej, i na południe podczas zimy na tej samej półkuli. Z dominującymi kierunkami wiatrów jest skorelowanych pięć głównych oceanicznych prądów morskich.

the maas at dordrecht painting by aelbert cuyp

Obraz:”Maas w Dordrecht”, obraz Aelberta Cuyp, rok 1660.

Europejscy żeglarze rozszyfrowali z czasem globalny układ wiatrów i prądów morskich, i wkrótce system sieci szlaków morskich oplótł całą kulę ziemską. Krzysztof Kolumb, zanim dotarł do Ameryki, odkrył, że dzięki wykorzystaniu pasatów i wiatrów zachodnich, możliwe jest wytyczenie trasy morskiej po oceanie atlantyckim z Europy do Nowego Świata i z powrotem.

Na półkuli północnej pasaty osiągają swoje najbardziej wysunięte na północ szerokości geograficzne w lecie, dochodząc do wybrzeży Hiszpanii i Portugalii. Dzięki tym wiatrom, można latem z łatwością w dopłynąć żaglowcem z Południowej Europy na Karaiby i do Ameryki Południowej, ponieważ wieją wtedy ze wschodu na zachód.

wind map of the atlantic

Grafika: Mapa wiatrów na Atlantyku, 9 września 2017 rok. Źródło: Windy

Powrót tą sama trasą byłby wtedy prawie niemożliwy. Iberyjscy żeglarze odkryli jednak, że jeśli zimą popłyną na północ, wzdłuż wybrzeża Ameryki Północnej, to natrafią na wiatry zachodnie, które zabiorą ich z powrotem do Południowej Europy. Około 1560 roku, baskijski podróżnik Andrés de Urdenata odkrył podobną trasę morską dookoła Pacyfiku. 12

Dzięki wykorzystaniu sprzyjających wiatrów, czas podróży morskich żaglowców był całkiem przewidywalny. Przepłynięcie Atlantyku zajmowało od 21 do 29 dni.

Dzięki wykorzystaniu sprzyjających wiatrów, czas podróży morskich statkami żaglowymi był całkiem przewidywalny. Książka „Ocean Passages for the World” wspomina, że typowa podróż morska z Nowego Jorku do Kanału Angielskiego, od połowy XIX wieku do wczesnych lat XX wieku, zajmowała żaglowcom od 25 do 30 dni. W latach 1818 do 1832, najkrótsza podróż wyniosła 21 dni, a najdłuższa 29. 13

Kurs z Kanału Angielskiego do Nowego Jorku trwał 35-40 dni zimą i 40-50 dni latem. Do Cape Town trzeba było płynąć 50-60 dni, do Kalkuty 80-90 dni, a do Melbourne 100-120 dni. 13 Te czasy są dwa, trzy razy dłuższe od dzisiejszych, pokonywanych przez współczesne kontenerowce, które to dostosowują swoją prędkość podróżną do cen ropy naftowej i popytu na ich usługi.

Stare Podejście, Nowa Technologia

Dzisiaj, dopasowywanie popytu na energię do jej dostępności jest tak samo sensowną strategią na radzenie sobie ze zmiennymi źródłami energii, jak była kiedyś w czasach przedprzemysłowych. Nie oznacza to jednak, że jesteśmy skazani na powrót do przedprzemysłowego stylu życia. Dysponujemy teraz lepszymi technologiami, które pozwolą nam znacznie łatwiej dostosować się do kaprysów pogody.

shipping in a calm

Obraz: „Statki podczas ciszy morskiej”, obraz Charles Brooking, pierwsza połowa XVIII wieku.

W kolejnych akapitach, bardziej szczegółowo zbadam to, w jaki sposób przemysł i transport mogłyby oprzeć się wyłącznie na zmiennych, nieciągłych źródłach energii i pokażę jakie możliwości otwierają przed nami nowe technologie. Mój wywód podsumuję, starając się zanalizować efekt jaki ta przemiana wywrze na konsumentach, pracownikach i na wzroście gospodarczym.

Produkcja Przemysłowa

W skali światowej, produkcja przemysłowa odpowiada za prawię połowę całkowitego zużycia energii. Wiele z mechanicznych procesów wytwórczych, które kiedyś wykonywano dzięki wiatrakom, takie jak: cięcie, piłowanie, wiercenie, honowanie, miażdżenie, kucie, ostrzenie, skrawanie, polerowanie, mielenie, ciągnienie itd., jest dzisiaj tak samo ważna jak dawniej. Wszystkie te procesy produkcyjne można zasilać z nieciągłych źródeł energii.

To samo tyczy się przetwórstwa spożywczego (mielenia, rozdrabniania, odsiewania ziarna, obłuszczenia i polerowanie kasz, wyciskania oleju z nasion), wydobywczego (kopania, wiercenia, kruszenie rud i skał) i przemysłu tekstylnego (folowania, przygotowanie włókien, przędzenia i tkania). W tych wszystkich wymienionych procesach, nieciągłe dostarczanie energii nie będzie miało wpływu na jakość procesu produkcyjnego, a jedynie na jego prędkość.

Nieciągłe źródła energii nie mają wyraźnie negatywnego wpływu na wiele z dzisiejszych procesów produkcyjnych.

Zasilanie tych procesów energią źródeł odnawialnych jest znacznie prostsze dzisiaj niż w przeszłości. Dzisiejsze turbiny wiatrowe są całkowicie zautomatyzowane, kiedy wiatraki wymagały ciągłej uwagi. 14

how to rig a windmill sail

Obraz:„Praca z młynami”, Jean Bruggeman, 1996 rok.

Co więcej, nie tylko dzisiejsze turbiny wiatrowe (i wodne) są praktyczniejsze i potężniejsze niż dawniej, ale nauczyliśmy się również wykorzystywać energię słoneczną do produkcji energii mechanicznej. Dzieje się to zwykle za sprawą fotowoltaiki, zmieniającej energię słoneczną na prąd elektryczny zasilający silniki elektryczne.

Dzięki temu, fabryki można zasilać połączonymi siłami energii wiatru i słońca, co zwiększa prawdopodobieństwo, że zapotrzebowanie na energię maszyn przemysłowych zostanie zaspokojone. Możliwość zbierania energii słonecznej jest bardzo ważna, ponieważ, póki co, jest to najbardziej dostępne dla nas źródło energii odnawialnej. Potencjał energii wodnej (na lądzie, przyp. tłum.) został już praktycznie całkowicie zagospodarowany. 15

Energia Cieplna

Kolejną niezwykle ważną różnicą, pomiędzy współczesnością, a czasami przedprzemysłowymi, jest to, że to samo podejście możemy zastosować do podstawowych procesów wytwórczych, które wymagają energii cieplnej. Ciepło dominuje w wielu gałęziach przemysłu np. w wytwarzaniu układów scalonych, produkcji szkła, przemyśle chemicznym czy wytopie metali.

W czasach przedprzemysłowych, procesy wymagające energii cieplnej były zasilane spalaniem biomasy, węgla lub torfu. Niestety skutki tego były opłakane. Nadmierna eksploatacja tych paliw doprowadziła do zniszczenia lasów, erozji gleby i zanieczyszczenia powietrza. Chociaż w przeszłości ludzie korzystali z energii słonecznej w takich przedsięwzięciach jak np. produkcja soli z wody morskiej, suszenie płodów rolnych celem ich konserwacji, czy wypalanie na słońcu cegieł, to jednak te zadanie wymagały względnie niskich temperatur.

Możemy zastosować to samo podejście do podstawowych procesów wytwórczych wymagających energii termicznej, co nie było możliwe przed Rewolucją Przemysłową.

Dzisiaj, energia odnawialna, inna niż pochodząca ze spalania biomasy, może służyć do produkcji ciepła na dwa sposoby. Po pierwsze, możemy użyć turbin wiatrowych i fotowoltaiki, które wygenerują prąd elektryczny, a my zamienimy go na energię termiczną dzięki efektowi oporu elektrycznego. Nie dało się tego zrobić w czasach przedprzemysłowych - ponieważ nie znano jeszcze elektryczności.

solar powered printing press

Grafika: Zasilana energią słoneczną prasa drukarska Augustina Mouchot’a, 1882 rok.

Drugi sposób, to bezpośrednie użycie ciepła promieni słonecznych. Można to zrobić wykorzystując kolektory płytowe z wodą jako medium roboczym, lub rurowe kolektory próżniowe, które absorbują promieniowanie słoneczne ze wszystkich stron i są w stanie osiągnąć temperaturę 120 stopni Celsjusza. Pozostają jeszcze kolektory skoncentrowanego światła słonecznego, które podążają za ruchem słońca, skupiają jego promieniowanie i potrafią wytworzyć temperatury wystarczająco wysokie do topienie metali czy wytwarzania układów scalonych i ogniw fotowoltaicznych. Takie możliwości pojawiły się dopiero w późnych latach XIX wieku, dzięki postępowi w produkcji szkła i luster.

Ograniczone Możliwości Gromadzenia Energii

Zasilanie fabryk nieciągłymi źródłami energii odnawialnej nie wyklucza użycia magazynów energii, albo pomocy zapasowych elektrowni. Dopasowanie popytu do podaży energii powinno być priorytetem, jednak inne strategie mogą spełniać role pomocnicze. Po pierwsze, magazyny energii, lub zapasowe elektrownie, mogłyby być potrzebne w sytuacjach krytycznych, zasilając w razie potrzeby procesy, których nie można wstrzymać na dłuższy czas, jak np. produkcję żywności.

Po drugie, magazynowanie energii na krótki czas jest przydatne w zasilaniu procesów, w których jakość wyrabianych produktów zależy od stałych parametrów procesu produkcyjnego, a te wymagają niezaburzonej dostawy mocy. 16 Po trzecie, krótkoterminowe magazynowanie energii jest kluczowe w procesach sterowanych komputerowo, ponieważ nie pozwala przerwać pracy w krótkich momentach w przerwie w dostawie prądu i zapewnia, w wypadku spodziewanych długich przerw w zasilaniu, bezpieczne zatrzymanie procesów. 17

binnenshaven rotterdam

Obraz: „Port miejski w Rotterdamie”. Obraz Jongkinda Johana Bertholda, rok 1857.

Dzisiaj mamy znacznie lepsze możliwości magazynowania energii w porównaniu do czasów przedprzemysłowych. Możemy na przykład użyć biomasy, kiedy braknie energii mechanicznej. Kilka wieków temu, kiedy wiatr przestawał wiać, młynarz nie mógł skorzystać z tej opcji, ponieważ nie wymyślono jeszcze silnika parowego.

Mamy też do dyspozycji baterie chemiczne, różne formy prostych technologii, tj. koła zamachowe, sprężone powietrze, akumulatory hydrauliczne i elektrownie szczytowo-pompowe. Jeśli chcemy przechować energię cieplną, to również jest z czego wybierać: możemy przechowywać ciepło w izolowanych zbiornikach na wodę (do 100ºC) lub w soli, oleju albo ceramice (do znacznie wyższych temperatur). Każde z tych rozwiązań niestety zawiedzie, z tego czy innego powodu, jeśli będziemy chcieli zmagazynować znaczną ilość nadwyżki energii ze źródeł odnawialnych. Małoskalowe magazyny energii, służące jedynie do równoważenie zapotrzebowania, mogą jednak okazać się bardzo użyteczne.

Nowa Era Żagli

Kolejnym kandydatem do przejścia na nieciągłe źródła energii odnawialnej jest transport towarowy, a przede wszystkim transport morski. Statki przewożą około 90% wszystkich towarów w handlu międzynarodowym, i chociaż są najbardziej sprawnym energetycznie sposobem przemieszczania ładunków, to ich całkowite zużycie energii jest wysokie, a napędzane ropą masowce produkują ogromną ilość zanieczyszczeń.

image sailboats

Zdjęcie: Zdjęcie wykonane przez Arne List [CC BY-SA 2.0], przez Wikimedia Commons

Dzisiaj, często się wspomina, że rozwiązaniem problemu zanieczyszczeń podrukowanych przez transport morski, może stać się zasilanie statków wodorem. Paliwo miałoby być produkowane w procesie elektrolizy wody, a energię potrzebną do tego dostarczałyby morskie farmy wiatrowe. Jednak ludzkość od tysiącleci zna sprawdzony, prostszy, czysty i efektywny sposób bezpośredniego wykorzystanie siły wiatru. Wystarczy statkom zamontować żagle. Ponieważ nawet dzisiaj, wiele ze statków wyposażonych w silniki spalinowe, często dryfuje bezczynnie całymi dniami, czy tygodniami, czekając na pozwolenie wpłynięcie lub wypłynięcia z portu, to względnie nieprzewidywalna natura wiatrów nie będzie takim dużym problemem.

Znacznie praktyczniej, i wydajniej energetycznie, jest bezpośrednio napędzać statki wiatrem.

Tak jak w przypadku procesów przemysłowych, dysponujemy dzisiaj większa wiedzą i lepszą technologią, dzięki którym możemy transport morski oprzeć wyłącznie na wietrze. Mamy lepsze materiały by budować lepsze i bardziej niezawodne statki i żagle, posiadamy dużo precyzyjniejsze instrumenty nawigacyjne i komunikacyjne, prognozy pogody są coraz dokładniejsze, możemy w razie potrzeby użyć fotowoltaiki do zasilenia silników, oraz zebraliśmy znacznie bardziej szczegółową wiedzę na temat układu wiatrów i prądów morskich.

image seven masted schooner

Zdjęcie: „Thomas W. Lawson” - siedmiomasztowy szkuner o stalowym kadłubie, zbudowany w 1902 roku do handlu pacyficznego. Załoga liczyła osiemnaście osób.

Tak naprawdę, światowy układ wiatrów i prądów morskich został w pełni poznany, kiedy era żagli dobiegała już końca. Pomiędzy rokiem 1842 a 1861, amerykański nawigator Matthew Fontaine Maury, zebrał wyczerpujący zasób dzienników pokładowych, na podstawie których wykreślił mapy przeważających wiatrów i prądów morskich, oraz ich sezonowe wariacje. 18

Dzieło Maury’ego pozwoliło żeglarzom znacząco skrócić czas żeglugi. Na przykład, podróż z Nowego Jorku do Rio de Janeiro skróciła się z 55 do 23 dni, a podróż z Melbourne do Liverpoolu zmalała o połowę, z 126 do 63 dni. 18

W ostatnich czasach, wiele innowacji w żeglowaniu pojawia się za sprawą wyścigów jachtów i mogłyby wejść one do żeglugi handlowej. Na przykład, w Pucharze Ameryki w roku 2017, drużyna Emirates Team New Zealand wprowadziła pedały zamiast korb ręcznych do zasilania hydraulicznego systemu sterowania łodzią. Ponieważ nasze nogi są mocniejsze niż ramiona, napęd na pedały pozwala wykonywać szybsze halsy i zwroty przez rufę podczas zawodów, ale nic nie stoi na przeszkodzie, żeby ta innowacja znalazła się na pokładzie handlowych żaglowców, zmniejszając ilość wymaganej do obsługi statku załogi. 19

image emirates team sailing

Zdjęcie: Jacht sportowy zespołu Emirates Team New Zealand.

Wymowne są również nowe rekordy prędkości. Najszybsza żaglówka w 1972 roku nie osiągała nawet 50 kilometrów na godziną, kiedy w 2012 roku statek Vestas Sailrocket 2 osiągnął prędkość 121 km/godz. Oczywiście te wyczynowe konstrukcje nie nadają się do przewożenia ładunków, nie mniej jednak, mogą stać się inspiracją dla statków handlowych.

Pociągi Zasilane Słońcem i Wiatrem

Podobne podejście możemy przyjąć w transporcie lądowym, opracowując pociągi napędzane energią słońca i wiatru. Podobnie jak łodzie żaglowe, pociągi mogłyby jeździć tylko wtedy kiedy dostępna jest energia odnawialna. Oczywiście nie polegałoby to na postawieniu masztów z żaglami na lokomotywach, ale na podłączeniu trakcji do paneli fotowoltaicznych i turbin wiatrowych rozmieszczonych wzdłuż torów. Byłoby to całkowicie nowe użycie, możliwe dzięki odkryciu elektryczności, mającej już wieki, strategi radzenie sobie z nieciągłymi źródłami energii.

Pociągi zasilane słońcem i wiatrem byłyby całkowicie nowym wykorzystaniem, wielowiekowej strategii radzenie sobie z nieciągłymi źródłami energii.

Pociągi towarowe są idealnymi kandydatami to przetestowania tego rozwiązania, ponieważ jeżdżą przede wszystkim nocą, kiedy produkcja energii wiatrowej osiąga z reguły szczyt, a zapotrzebowania na prąd jest najniższe. Tak jak statki handlowe, pociągi towarowe nie mogą pochwalić się przewidywalnymi rozkładami jazdy, ponieważ często czekają całymi dniami na bocznicach towarowych na pełny załadunek.

image cardiff docks

Obraz: „Doki Cardiff”, obraz Lionel Waldena, rok 1894.

Prędkość pociągów również może być regulowana dostępnością energii odnawialnej, tak jak prędkość wiatru określa jak szybko może płynąć żaglowiec. Podobne podejście można wykorzystać do innych elektrycznych systemów transportowych, takich jak: tramwaje, tramwaje wodne czy napowietrzne kolejki linowe.

Połączenie, zasilanych słońcem i wiatrem pociągów towarowych z zasilanymi słońcem i wiatrem fabrykami, stwarza nowe możliwości. Na pierwszy rzut oka, pociągi pasażerskie, które napędza energia odnawialna, wydają się czymś niemożliwym, ponieważ przewóz ludzi jest znacznie mniej elastyczny niż towarów. Jeśli pociąg pasażerski zbytnio zwolni, albo co gorsza nie odjedzie, pasażerowie będą musieli w ostatniej chwili zmienić swoje plany. W pochmurne dni niewielu dotrze do swoich miejsc pracy.

solar covered railway

Zdjęcie: Panele fotowoltaiczne pokrywające trakcje kolejową w Belgii, 2016. Źródło: Infrabel.

Rozwiązaniem tego problemu mogłoby być wykorzystanie wspólnych źródeł energii dla fabryk i pociągów pasażerskich. Wzdłuż trakcji kolejowych można postawić wystarczającą ilość paneli słonecznych, żeby pociągi mogły odjeżdżać nawet w pochmurne dni. Kiedy będzie więcej słońca, to nadwyżkę energii wykorzysta się fabrykach stojących wzdłuż torów, albo puści się na tory dodatkowe składy pociągów.

Konsekwencje Społeczne: Konsumpcja i Produkcja

Widzimy teraz, że będziemy mogli produkować całkiem dużą różnorodność dóbr konsumenckich i przewozić je po całym świecie, nawet wtedy, kiedy produkcja przemysłowa i transport międzynarodowy staną się całkowicie zależne od nieciągłych źródeł energii odnawialnej. Oczywiście nie wszystkie produkty będą dostępne cały czas. Możliwe, że jeśli zechcemy kupić nową parę butów, to będziemy musieli poczekać, aż nastanie właściwa pora roku na ich produkcję i transport.

Zarówno produkcja, jak i konsumpcja, zależeć będzie od pogody i pór roku. Zasilane słońcem fabryki będą bardziej produktywne latem, a te zasilane energią wiatrową zimą. Trzeba będzie również uwzględnić najlepszy sezon do żeglowania.

Możliwe, że jeśli zechcemy kupić nową parę butów to będziemy musieli poczekać, aż nastanie właściwa pora roku na ich produkcję i transport.

Gospodarka zasilana w rytmie zmiennej pogody nie musi koniecznie oznaczać spadku produkcji i konsumpcji. Jeśli fabryki i transport towarowy dostosują swoje zapotrzebowanie na energię do warunków pogodowych, to będą mogły w pełni wykorzystać roczną produkcję mocy turbin wiatrowych i paneli słonecznych.

windmill zaandam

Obraz: „Wiatrak w Zaandam”, obraz Clouda Moneta, 1871 rok.

Wytwórcy mogliby radzić sobie z okresowymi brakami w dostawie mocy w ten sposób, że w „sezonie” będą produkować nadwyżki towarów i magazynować je w pobliżu rynków zbytu. Dzięki temu, można je będzie sprzedawać podczas miesięcy malejącej produkcji, unikając w ten sposób niedoborów. Byłby to w rzeczywistości sposób „magazynowania energii” w produktach. Zamiast gromadzić energię, żeby wytwarzać towary, można kiedy nadarza się okazja, zamieniać energię w towary i gromadzić je na później.

Takie rozwiązanie może jednak spowodować spadek produkcji i konsumpcji. Nadprodukcja w okresach nadwyżek energetycznych wymaga dużych, rozbudowanych zakładów produkcyjnych i powierzchni magazynowych, które przez resztę roku będą stały nieużywane. Żeby produkcja była opłacalna, producenci musieliby pójść na kompromisy. Od czasu do czasu, te kompromisy powodowałyby niedobory produktów, co mogłoby zachęcić ludzi do szukania rozwiązań innych niż codzienne zakupy, jak np. naprawa, upcykling, ponowne wykorzystanie starych przedmiotów, rękodzieło, zrób-to-sam, czy wymiana i współdzielenie dóbr.

Konsekwencje Dla Pracowników

Dopasowanie popytu na energię do jej podaży spowoduje, że robotnicy też będą musieli dostosować się do pogody. Jeśli fabryka pracowałaby dzięki światłu słonecznemu, to dostępność energii do jej zasilania bardzo dobrze współgra z ludzkim rytmem biologicznym. Minusem jednak w tym przypadku, byłyby przymusowe dni wolne od pracy zimą i podczas niepogody.

Z drugiej strony, jeśli zakład produkcyjny, albo transport towarowy, zasilany byłby wiatrem to ludzie musieliby pracować w nocy, co jest niezdrowe. Pozytywną stroną byłyby jednak wakacje latem i wolne podczas słonecznych dni.

image night works docks

Obraz: “Nocna prace w dokach”, obraz Henri Andolhe Schaep, 1856 rok.

Uciążliwe dla pracowników byłyby również nieprzewidywalne godziny pracy, jeśli produkcję i transport oprzeć by, tylko i wyłącznie, na słońcu i wietrze. Chociaż w dzisiejszych czasach możemy liczyć na znacznie lepsze prognozy pogody, to jednak ciężko o dobrą prognozę na więcej niż kilka dni do przodu.

Dzisiejsze elektrownie źródeł odnawialnych są całkowicie zautomatyzowane. Istnieją już całkowicie zautomatyzowane fabryki. W ostatnim wieku obserwujemy znaczny rozwój automatyzacji procesów produkcyjnych i proliferację robotów. Doprowadziło to do powstania tzw. „ciemnych fabryk”, w których nie palą się światła, ponieważ nie pracuje w nich żaden człowiek.

Dzisiejsze elektrownie źródeł odnawialnych są całkowicie zautomatyzowane. Istnieją już całkowicie zautomatyzowane fabryki.

Jeśli fabryka nie zatrudnia ludzkich pracowników, to nie ważne w jakich godzinach pracuje. Co więcej, wiele zakładów jest czynnych dwadzieścia cztery godziny na dobę, częściowo z powodu zatrudniania milionów pracowników na nocną zmianę. W takim wypadku, ilość osób pracujących nocą zmniejszyłaby się, ponieważ fabryki mogłyby działać tylko w te noce, kiedy wieje wiatr.

Może, najlepsze co możemy zrobić to ograniczyć skalę produkcji przemysłowej i kolejowego transport towarowego, dostosowując je do normalnych, dziennych godzin pracy? W takim wypadku, będziemy po prostu, mieli mniej dóbr materialnych do użytku, za to więcej czasu wolnego. Może to spowodować wzrost zapotrzebowania w innych sektorach gospodarki, takich jak: rzemiosło czy żeglarstwo.

A Co z Internetem?

Wychodzi na to, że jest możliwe żeby produkcja przemysłowa i transport towarowy, tak na lądzie jak i na morzu, był napędzany wyłącznie zmiennymi źródłami energii odnawialnej, bez potrzeby wsparcia w postaci rozbudowanej infrastruktury przesyłowej, magazynów energii, elektrowni zapasowych i przeskalowanych elektrowni odnawialnych. Nie da się tego powiedzieć o proponowanym dzisiaj, zaawansowanym technologicznie podejściu do dopasowania podaży na energię do popytu na nią. Takie podejście, zakładające że energia ma być dostępna cały czas, powoduje konieczność postawienia dodatkowej, rozbudowanej infrastruktury źródeł odnawialnych i magazynów energii. Jak dowiedliśmy w poprzednim artykule, jest to skomplikowane, wolne, drogie i niezrównoważone podejście do energii odnawialnej.

Dopasowywanie naszego zapotrzebowania na energię, do aktualnie dostępnej mocy źródeł odnawialnych, pozwoliłoby na szybszą i bardziej realną transformację energetyczną na źródła odnawialne. Nie byłoby potrzeby ograniczania produkcji, gromadzenia energii i godzenia się na straty na przesyle. Cała energia wygenerowana przez panele słoneczne i turbiny wiatrowe byłaby zużywana na miejscu i nic by się nie marnowało.

image marina

Obraz: „Marina”, obraz Carol Popp de Szathmary, 1800 rok.

Trzeba przyznać, że dostosowanie zapotrzebowania na energię do jej podaży może być trudniejsze w innych sektorach. Chociaż Internet mógłby być całkowicie obsługiwany przy użyciu nieciągłych źródeł zasilania - dzięki sieciom asynchronicznym i oprogramowaniu odpornemu na opóźnienia – to wiele nowszych aplikacji internetowych musiałoby zniknąć.

Jeśli chodzi o nasze życie codzienne, to nie możemy liczyć na to, że ludzie zgodzą się na siedzenie po ciemku, albo że odłożą na później ugotowanie obiadu w oczekiwaniu na pojawienie się dostępnej energii odnawialnej. Tak samo trudno sobie wyobrazić, że będziemy jeździć pociągiem na pogotowie, i to tylko w słoneczny dzień. Do zaspokojenia wielu naszych potrzeb, musimy mieć jakieś formy magazynów energii, albo jeszcze inne rozwiązania, aby skutecznie radzić sobie z nieciągłością dostaw energii. To będzie temat następnego postu.

Kris De Decker. Edycja Jenna Collett.

Cześć materiału użyta w tym artykule została zebrana podczas odbywania stypendium w Demand Center, w mieście Lancaster w Wielkiej Brytanii.


  1. Lucas, Adam. Wind, Water, Work: Ancient and Medieval Milling Technology. Vol. 8. Brill, 2006. 

  2. Reynolds, Terry S. Stronger than a hundred men: a history of the vertical water wheel. Vol. 7. JHU Press, 2002. 

  3. Hills, Richard Leslie. Power from wind: a history of windmill technology. Cambridge University Press, 1996. 

  4. Paine, Lincoln. The sea and civilization: a maritime history of the world. Atlantic Books Ltd, 2014. 

  5. Jedna z pierwszych zapór wodnych postawiona do produkcji energii, była zapora Cento we Włoszech. Ukończone w 1450 roku, miała 71 metrów długości i 6 metrów wysokości. Do XVIII wieku, największe zapory osiągały długość 260 metrów, 25 m wysokości, odchodziło od nich wiele kanałów zasilających koła wodne. [2] 

  6. Chociaż wiatraki posiadały szereg mechanizmów pozwalających dostosowywać ich pracę do nagłych zmian prędkości i kierunku wiatru, to energia wiatrowa nie mogła liczyć na pomoc magazynów energii – tak jak zapory służyły energii wodnej. 

  7. To wyjaśnia dlaczego wiatraki były tak istotne w regionach o suchym klimacie, w płaskich regionach, albo wyjątkowo zimnych, w których nie było wystarczających zasobów energii wodnej. W krajach, w których zasoby energii wodnej były wystarczające, wiatraki pojawiły się dopiero wtedy, kiedy rosnące zapotrzebowania na energię mogło zastopować rozwój gospodarczy. W takich wypadkach energia wiatrowa zyskiwała na wartości, ponieważ najlepsze miejsca do postawienia zapór i kół wodnych zostały już wykorzystane. 

  8. Młyny pływowe, były podobnie skonstruowane jak koła wodne, jednak można było na nich lepiej polegać, ponieważ morze jest mniej (od rzek) narażone na wyschnięcie, zamarznięcie albo zmianę poziomu wody. 

  9. Sieferle, Rolf Peter, and Michael P. Osman. The subterranean forest: energy systems and the industrial revolution. Cambridge: White Horse Press, 2001. 

  10. Freese, Stanley. Windmills and millwrighting. Cambridge University Press, 1957 

  11. Wailes, Rex. The English windmill. London, Routledge & K. Paul, 1954 

  12. Globalny układ wiatrów składa się z regionalnych układów, takich jak np. morskie i lądowe bryzy. Północny Ocean Indyjski ma wiatry monsunowe, które odwracają swój kierunek co pół roku. Od czerwca do listopada wieją z południowego zachodu, a od grudnia do maja z północnego wschodu. Handel morski na Oceanie Indyjskim rozpoczął się wcześniej niż gdziekolwiek indziej na świecie i był całkowicie zależny od sezonowych zmian w układzie wiatrów. 

  13. Jenkins, H. L. C.“Ocean passages for the world.” The Royal Navy, Somerset (1973). 

  14. Młynarze musieli zawsze pozostawać w pogotowiu, żeby utrzymać odpowiedni odstęp między żarnami kiedy wiatr był wzburzony, a w czasach przed regulatorami odśrodkowymi musieli robić to ręcznie. Młynarz musiał bacznie obserwować wiatr, żeby ocenić prawidłowo ile żagla ma rozwinąć na skrzydłach, oraz musiał być gotów, aby w razie potrzeby zatrzymać wiatrak, i albo zwinąć, albo rozwinąć więcej płótna, ponieważ nie znano jeszcze wtedy żagli patentowych. Przed pojawieniem się ogonów w wiatrakach, młynarz musiał śledzić kierunek wiatru, żeby móc nacelować środek wirnika dokładnie na wiatr. [11] 

  15. Oprócz elektryczności Rewolucja Przemysłowa zaowocowała też m. in skompresowanym powietrzem, wysokociśnieniową hydrauliką, i usprawnionym przekazywaniem mocy mechanicznej, a to może być, w wielu zastosowaniach, dobrą alternatywą dla prądu. 

  16. Podobnego rozróżnienia dokonano w dawnych czasach. Np. do przędzenie wymagana była stała prędkość obrotowa, żeby motki i zębatki się nie kołysały, co prowadziłoby do powstania przędzy nierównomiernej grubości. [3] Z tego powodu, tkactwo i przędzalnictwo zostało zmechanizowane tylko dzięki energii wodnej (później silnika parowego, przyp. tłum.) ponieważ, dzięki możliwości magazynowania energii możliwe było zagwarantowania materiału o stałej jakości. Energia wiatrowa nie sprawdzała się także w takich dziedzinach jak np. produkcja papieru, transport urobku w kopalniach czy zasilanie miechów hutniczych. 

  17. Bardzo krótko-terminowe magazynowanie energii jest wymagane dla wielu mechanicznych procesów produkcyjnych opartych na nieciągłych źródłach energii, żeby wyrównać małe i nagłe zmiany w dostawie mocy. Takie systemy (np. koła zamachowe, przyp. tłum) były znane już w czasach przedprzemysłowych. 

  18. Leighly, J. (ed) (1963) The Physical Geography of the Sea and its Meteorology by Matthew Fontaine Maury, 8th Edition, Cambridge, MA: Belknap Press. Cited by Knowles, R.D.(2006) “Transport shaping space: the differential collapse of time/space”, Journal of Transport Geography, 14(6), pp. 407-425. 

  19. “Nasi rywale odrzucili napęd na pedały, ponieważ przestraszyli się radykalnej zmiany”, powiedział konstruktor Team New Zealand gazecie The Telegraph, May 24, 2017. 

1.01MB