Energetyczne ryby w Renie: Pływające turbiny mają zasilać całą miejscowość

Jak energetyczne ryby w Renie wytwarzają prąd

Podczas gdy wiatraki czekają na sprzyjające podmuchy, a panele słoneczne zawodzą w pochmurne zimowe dni, pewien bawarski start-up testuje zupełnie inne podejście. Chodzi o pozyskiwanie energii elektrycznej bezpośrednio z nurtu Renu – bez zapór, bez widocznych elektrowni, za pomocą dziesiątek pływających miniinstalacji zawieszonych w wodzie niczym sztuczna ławica ryb.

Sercem całego projektu jest urządzenie zwane „Energyfish". Kryje się za tą nazwą nie żadne stworzenie, lecz kompaktowa turbina przepływowa działająca całkowicie pod wodą. Urządzenia są zakotwiczone w jednym punkcie na dnie rzeki i unoszą się w nurcie niczym latawiec na wietrze.

Pojedynczy Energyfish mierzy około 2,8 na 2,4 metra, waży około 80 kilogramów i w optymalnych warunkach osiąga moc rzędu 6 kilowatów. Na pierwszy rzut oka to niewiele – jednak siła całego systemu tkwi właśnie w liczbie jednostek.

124 pływające turbiny zainstalowane w Renie koło Sankt Goar mają łącznie dostarczać tyle energii, by zaspokoić potrzeby od 400 do 500 gospodarstw domowych.

Zasada działania jest zaskakująco prosta:

• Moduły są całkowicie zanurzone w wodzie i przymocowane do dna rzeki.
• Prąd wody napędza łopaty wirnika – bez żadnych dodatkowych pomp ani jazów.
• Generator umieszczony wewnątrz urządzenia przekształca ruch obrotowy w energię elektryczną.
• Podwodne kable przesyłają prąd na brzeg, skąd trafia on do publicznej sieci energetycznej.

Według producenta 100 takich turbin wytwarza rocznie około 1,5 gigawatogodziny prądu. Szacowane koszty wytworzenia jednej kilowatogodziny mają być porównywalne z nowoczesnymi instalacjami wiatrowymi i słonecznymi. Technologia ta nie konkuruje z odnawialnymi źródłami energii, lecz je uzupełnia – wkracza do akcji dokładnie wtedy, gdy słońce i wiatr zawodzą, bo Ren płynie nieprzerwanie nawet w pochmurne, bezwietrzne dni.

Dlaczego Sankt Goar to idealne miejsce na pole testowe

Wybór miejscowości Sankt Goar nad Środkowym Renem nie jest przypadkowy. W tym odcinku rzeki woda przepycha się przez wąską dolinę, osiągając prędkość od 1,5 do 2 metrów na sekundę. Dla klasycznej żeglugi to spore wyzwanie – dla turbin przepływowych to istny skarb.

Niewiele odcinków niemieckich rzek oferuje równie jednostajny i wartki nurt. A właśnie takiego profilu potrzebuje ta technologia, by wirniki pracowały niezawodnie i opłacalnie. Płytkie, leniwe odcinki lub mocno rozgałęzione ramiona rzeczne nadają się do tego znacznie gorzej.

Energyminer – start-up z Gröbenzell pod Monachium – testował swoje turbiny najpierw w mniejszej skali. Już w kwietniu 2023 roku uruchomiono pierwszą instalację próbną na Auer Mühlbach w Monachium. Od tamtej pory firma stale udoskonalała technologię, poprawiając m.in. wydajność, wytrzymałość oraz dostęp serwisowy.

Od pojedynczego urządzenia do elektrowni roju

W Renie działają już trzy Energyfishe. Plan zakłada najpierw dołączenie kolejnych 21 jednostek, a docelowo połączenie wszystkich 124 turbin w tzw. elektrownie roju.

Takie stopniowe wdrażanie służy nie tylko logistyce, ale też bezpieczeństwu. Inżynierowie i urzędnicy mogą krok po kroku obserwować, jak technologia zachowuje się w rzeczywistych warunkach rzecznych – wobec ruchu statków, dryfujących odpadów czy powodzi.

Ministerstwo Środowiska Nadrenii-Palatynatu wydało zgodę na budowę pierwszej elektrowni roju w bocznym ramieniu Renu koło Sankt Goar – to przełomowy moment dla tej nowej technologii.

Jak turbiny mają chronić ryby

Energia wodna uchodzi za przyjazną klimatowi, jednak często spotyka się z krytyką, ponieważ zbiorniki zaporowe i duże jazy blokują szlaki wędrówek ryb, zalewają siedliska i trwale zmieniają bieg rzek. Właśnie ten problem nowy system ma rozwiązać.

Energyfish nie piętrzy wody, lecz korzysta z naturalnego nurtu swobodnie płynącej rzeki. Turbiny wiszą w wodzie jak pojedyncze punkty, nie tworząc żadnej bariery. Mimo to wielu ludzi pozostaje sceptycznych: co się stanie, gdy ryba trafi wprost na łopaty wirnika?

Energyminer powołuje się na własny system ochronny, który ma uchronić zwierzęta przed urazami. Szczegóły techniczne firma zachowuje dla siebie, podkreślając jednak, że kształt, prędkość obrotowa i rozmieszczenie wirników zostały zaprojektowane z myślą o bezpieczeństwie ryb.

Naukowcy z Politechniki Monachijskiej (TU München) zbadali ten system. Według ich analiz Energyfish nie stwarza mierzalnego zagrożenia dla typowych gatunków wędrownych w Renie i nie wywołuje u nich zauważalnych zachowań unikających ani oznak stresu.

Turbiny tkwią w wodzie jak spokojne, obce ciała – nie zamieniając Renu w tor przeszkód dla ryb.

Znaczenie projektu dla transformacji energetycznej i branży

Dla start-upu uzyskanie zgody nad Środkowym Renem ma wymiar symboliczny. Projekt ma udowodnić, że turbiny przepływowe można z powodzeniem stosować nie tylko w laboratoriach czy małych potokach, lecz również na wielką skalę w jednej z najważniejszych rzek Europy.

Współprezes Energyminer mówi o „proof of scale" – chodzi o wykazanie, że koncepcja działa technicznie, ekologicznie i ekonomicznie w realnym środowisku. Jeśli to się powiedzie, szanse na instalację podobnych urządzeń w kolejnych lokalizacjach znacząco wzrosną.

Nadzieje w tej technologii pokłada też polityka. Ministra ds. ochrony klimatu, środowiska, energii i mobilności Nadrenii-Palatynatu podkreśla, że w odpowiednich miejscach mogłyby powstać kolejne elektrownie roju. Celem jest dywersyfikacja produkcji energii i wprowadzenie do sieci większej liczby źródeł niezależnych od pogody.

Gdzie jeszcze turbiny przepływowe mogłyby mieć sens

Oczywiście nie każdy odcinek rzeki nadaje się do tego rodzaju elektrowni. Decydujące znaczenie ma kilka czynników:

• wystarczająca głębokość wody – zarówno dla turbin, jak i żeglugi
• stały, wartki nurt na znacznym dystansie
• możliwość współistnienia z trasami żeglugowymi
• zgodność z przepisami o ochronie przyrody i wód

Pomimo tych ograniczeń wielkie rzeki kryją ogromne, dotąd niewykorzystane zasoby energii. Ren, Mozela, Wezera, Łaba – wszędzie tam, gdzie woda płynie wartko, technologia ta wchodzi teoretycznie w grę. Instalacja koło Sankt Goar stanowi więc punkt odniesienia dla potencjalnych projektów w Niemczech i innych krajach europejskich.

Szansa dla regionów bez rozległych terenów pod wiatr i słońce

Jest jeszcze jeden istotny aspekt: elektrownie przepływowe nie potrzebują wielkich połaci terenu jak farmy solarne i nie sterczą w niebo niczym wysokie maszty. Dla gęsto zaludnionych regionów lub obszarów o szczególnych walorach krajobrazowych może to być poważny argument.

Mieszkańcy nie widzą żadnych łopat wirnika, nie słyszą szumu gondoli, nie muszą obawiać się refleksów od paneli fotowoltaicznych. Ktoś stojący na brzegu patrzy na ten sam znajomy nurt rzeki co zawsze – technologia pozostaje ukryta pod powierzchnią wody.

Jak energia przepływowa może wpisać się w system energetyczny

Turbiny przepływowe są uważane za źródła zbliżone do mocy bazowej: dostarczają energii stosunkowo równomiernie, ponieważ rzeki są znacznie mniej zmienne niż wiatr czy słońce. Powodzie i niskie stany wód wpływają wprawdzie na wydajność, jednak w normalnych warunkach Ren płynie niezawodnie.

Tego rodzaju instalacje mogą stać się jednym z elementów miksu energetycznego złożonego z wielu małych, rozproszonych źródeł. Możliwy scenariusz wyglądałby następująco:

• Energia słoneczna pokrywa szczytowe zapotrzebowanie w ciągu dnia i w miesiącach letnich.
• Energia wiatrowa dostarcza dużych ilości prądu głównie nocą i zimą.
• Elektrownie przepływowe stabilizują podstawę i ograniczają wahania dostaw.
• Magazyny energii i elastyczni odbiorcy wyrównują pozostałe niedobory.

Im więcej różnych źródeł wytwarzania działa równolegle, tym rzadziej sieć musi sięgać po kosztowne elektrownie rezerwowe lub import prądu. Energia przepływowa z Renu może w ten sposób przyczynić się do mniejszych długoterminowych wahań cen energii elektrycznej.

Ryzyka, otwarte pytania i przydatność w codziennym użytkowaniu

Mimo wszystkich zalet wiele kwestii pozostaje otwartych. Operatorzy muszą wykazać, jak nisko utrzymują się koszty konserwacji w dłuższej perspektywie, jak system reaguje na dryfujące odpadki, ekstremalne powodzie czy zlodzenie rzeki oraz jak przebiega eksploatacja przy bardzo niskim stanie wód.

Z punktu widzenia żeglugi kluczowe jest to, jak dobrze turbiny są oznakowane, naniesione na mapy i zabezpieczone przed kolizjami z kotwicami lub kontaktem z dnem. Ubezpieczyciele i organy regulacyjne przyglądają się temu uważnie, by wyjaśnić ewentualne kwestie odpowiedzialności.

Dla mieszkańców regionu najważniejsze pytanie brzmi: czy nowa technologia rzeczywiście przyniesie coś wymiernego w codziennym życiu? Na początku odczują to pośrednio – na przykład gdy gminy uzyskają długoterminowo korzystniejsze kontrakty na dostawy prądu albo gdy regionalne zakłady energetyczne zaangażują się w tego typu projekty.

W dłuższej perspektywie mógłby z tego wyłonić się model, w którym społeczności lokalnie angażują się we „własną" elektrownię na rzece – podobnie jak w przypadku projektów energetyki obywatelskiej przy farmach wiatrowych czy polach solarnych. Wówczas niewidoczne turbiny w Renie stałyby się czymś więcej niż tylko technologią – stałyby się wyraźnym elementem regionalnego systemu energetycznego, działającego dzień i noc, nawet gdy żaden wiatrak się nie kręci i żaden promień słońca nie pada na panel.