Morskie farmy wiatrowe mają swoje jasne i ciemne strony

Wiatr od wieków był wykorzystywany przez człowieka jako potężne źródło mocy. Również dzisiaj odgrywa istotną rolę w produkcji czystej, odnawialnej energii elektrycznej. Wystarczy tylko znaleźć miejsce, które spełni szereg wymagań i zainstalować farmy wiatrowe. I można zacząć produkować. Tylko czy na pewno w stu procentach ekologicznie?

Morskie farmy wiatrowe to nie tylko korzyści

W celu wytworzenia energii wiatrowej instaluje się gigantyczne turbiny, które wymagają odpowiednich warunków, takich jak dostępność dużych, otwartych przestrzeni i nieograniczonej ekspozycji na ruch powietrza. Takie warunki najczęściej spotykane są na morzach i oceanach. Liczba morskich turbin wiatrowych rośnie na całym świecie, szczególnie na morzach chińskich i europejskich. To istotny element bezpieczeństwa energetycznego, jednak niepozostający bez wpływu na środowisko. Turbiny wiatrowe spowalniają wiatr, zakłócają procesy fizyczne i biochemiczne w wodach morskich, a w konsekwencji strukturę i funkcjonowanie organizmów. Świadomość występowania tych zjawisk oraz kooperacja naukowców i biznesu może pomóc w opracowaniu technologii i rozwiązań zmniejszających potencjalnie negatywne skutki energetyki wiatrowej przy maksymalizacji korzyści z niej płynących.

Moc wiatru

Wykorzystanie wiatru do produkcji energii ma długą tradycję, czego przykładem są statki żaglowe czy wiatraki. Te ostatnie, wynalezione w Persji w IX w., od XII w. były powszechnie stosowane w Europie, głównie do mielenia zboża. Do końca XIX w. stanowiły podstawowe źródło energii i były budowane masowo aż do rewolucji przemysłowej, kiedy zostały wyparte przez młyny parowe, siniki spalinowe, a następnie silniki elektryczne. Po II wojnie światowej wielowiekowa historia młynów wiatrowych dobiegła końca.

Obecnie w większości państw na świecie najważniejszymi źródłami energii są paliwa kopalne, czyli węgiel i ropa naftowa. Do lat 70. XX w. były one tanie, a ich użycie mocno promowane. Jednak wyczerpujące się zasoby surowców oraz wzrost cen sprawiły, iż w ostatnich latach dostrzegamy konieczność promowania odnawialnych źródeł energii. Wiatr powrócił do łask, stając się, obok słońca, wody czy geotermii, istotnym komponentem miksu energetycznego.

Wiatr na lądzie, wiatr na morzu

Efektywne wychwytywanie energii wiatru i przekształcanie jej w prąd wymaga odpowiednio dużych urządzeń, zwanych turbinami. Mogą one mieć różną konstrukcję [1], ale najczęściej stosowane są turbiny o poziomej osi obrotu, czyli wysokie wieże wyposażone w wirnik i trzy łopaty. Takie instalacje wymagają sporo miejsca. Pierwotnie montowane były na lądzie, ale od ponad 30 lat dostępne są rozwiązania umożliwiające ich budowę również na morzu.

A obszary morskie i oceaniczne są szczególnie atrakcyjne dla takich inwestycji, gdyż oferują otwartą przestrzeń bez przeszkód w postaci gór, drzew czy zabudowań, które zakłócałyby przepływ wiatru. Ponadto nad morzami wiatry są silniejsze i bardziej regularne niż nad lądem, dzięki czemu morskie turbiny generują 2-3 razy więcej energii niż te na lądzie. Trudno się zatem dziwić, iż zainteresowanie wykorzystaniem tego obszaru rośnie.

Od czasu zainstalowania pierwszej farmy wiatrowej na morzu w 1991 r. nastąpił systematyczny i znaczący wzrost ich liczby i wydajności, szczególnie widoczny po 2001 r. W ciągu ostatnich 10 lat wykorzystanie morskich farm wiatrowych wzrosło o 1000 proc. Rozwój technologii sprawia też, iż stawiane są one coraz dalej od lądu i coraz głębiej. w tej chwili mówimy o głębokości przekraczającej 25 m, w odległości średnio 40 km od brzegu, a przewiduje się, iż do roku 2030 wskaźniki te wzrosną choćby dwukrotnie [1].

Pomimo dostarczania cennej energii odnawialnej, morskie farmy wiatrowe oddziałują na środowisko w skali i zakresie, które nie są jeszcze do końca rozpoznane [2-4]. Warto więc przyjrzeć się bliżej skutkom instalowania tych konstrukcji, widocznym szczególnie w, jakie te konstrukcje mogą mieć na atmosferę i życie w oceanach.

Wiatr zmiany, zmiana wiatru – jak farmy modyfikują morza

Woda w morzach i oceanach (a także w innych zbiornikach) jest w ciągłym ruchu. Ruch ten odbywa się zarówno poziomo, jak i pionowo, a napędzają go takie czynniki, jak różnice temperatury i zasolenia (cyrkulacja termohalinowa), wiatry (cyrkulacja powierzchniowa) czy pływy morskie. Ruchy poziome (prądy oceaniczne) mają zasadnicze znaczenie w wymianie energii i wyrównywaniu temperatur w skali globalnej. Unoszenie się wód cieplejszych nad zimniejszymi oraz mniej zasolonych nad bardziej słonymi prowadzi do stratyfikacji czyli warstwowania. Ruchy pionowe wody odpowiadają za transfer składników pokarmowych i organizmów planktonowych w dół (downwelling) lub w górę (upwelling) kolumny wody; stratyfikacja ogranicza ten transport, powodując ich gromadzenie się w warstwach o różnych adekwatnościach.

Morskie farmy wiatrowe, poprzez oddziaływanie na ruchy powietrza i wody, zaburzają te naturalne rytmy i procesy. Turbiny wiatraków spowalniają prędkość przechodzących przez nie mas powietrza choćby o 30 proc. Za nimi powstaje niestabilne pole o mniejszej prędkości wiatru i większej turbulencją niż na obszarach sąsiednich. Powstaje tzw. efekt śladu aerodynamicznego, który wpływa nie tylko na atmosferę, ale także na powierzchnię mórz, spowalniając prądy wody. W rezultacie znaczna redukcja prędkości wiatru może zaburzać cyrkulację oceanu, a więc mieszanie i stratyfikację wód na dużym obszarze. Efekt jest tym większy, im więcej turbin pracuje w jednym miejscu.

Również same wieże nośne turbiny wiatrowej stanowią fizyczne przeszkody dla prądów oceanicznych, które za konstrukcjami są dużo wolniejsze. Tarcie powierzchniowe zwiększa mieszanie turbulentne wód, co dodatkowo powoduje zaburzenia naturalnej stratyfikacji. Wszystko to wpływa na rozkład temperatur, soli i składników odżywczych w wodzie wokół farm wiatrowych i ma konsekwencje dla życia morskiego.

Dodatkowo, budowa i eksploatacja farm wiatrowych wiąże się ze zwiększonym poziomem hałasu, znaczącą ingerencją w strukturę osadów dennych, ich resuspensję oraz przebudowę struktur morfologicznych. To też prowadzi do znaczących zmian w zespołach biologicznych. Trudno nie zauważyć, jak koparka wjeżdża ci do domu.

Życie morskie w cieniu turbin

Wpływ farm wiatrowych na ekosystemy morskie jest złożony i nie do końca rozpoznany. Najlepiej zbadane jest oddziaływanie tych instalacji na ptaki. Sporo badań poświęcono analizie ryzyka kolizji i zmianom w dynamice populacji i migracjach.

Często podnoszony jest problem oddziaływania hałasu i mechanicznego niszczenia siedlisk na organizmy bentosowe, ryby, ssaki morskie czy ptaki. Hałas zaburza zdolność echolokacji wielorybów; modyfikuje zachowania ryb, osłabiając ich słuch i zdolności komunikacyjne, wymuszając ucieczkę z miejsc żerowania i rozrodu; może powodować zmiany w zachowaniu fok, morświnów i delfinów, przy czym efekty zakłóceń notowane były w odległości choćby do 20 km od źródła hałasu (szczególnie generowanego na etapie konstrukcji farm). Z drugiej strony wiele gatunków ssaków adaptuje się do poziomu hałasu emitowanego przez farmy podczas ich eksploatacji.

Dostępne są też badania, które wskazują na zaburzenia migracji niektórych organizmów, np. ryb, na skutek oddziaływania pola magnetycznego otaczającego kable elektryczne do przesyłu prądu.

Ale efekty ekologiczne farm wiatrowych mogą być też bardziej subtelne i mniej oczywiste na pierwszy rzut oka, choć nie mniej brzemienne w skutki. Zaburzenia naturalnych ruchów wód i ich stratyfikacji wpływają na dostępność światła i składników odżywczych, niezbędnych dla rozwoju fitoplanktonu, który stanowi podstawę morskich sieci troficznych. Może to wpłynąć na cały łańcuch pokarmowy na zasadzie efektu kaskadowego – zmiana jednego elementu w ekosystemie wpływa na wszystkie pozostałe grupy organizmów, w tym ryby, ssaki i ptaki, a choćby na działalność człowieka, np. rybołówstwo.

W rezultacie farmy wiatrowe konstruowane na morzu mogą zmieniać bioróżnorodność całego obszaru, na którym są zainstalowane, a choćby sięgać znacznie dalej.

Diabeł nie zawsze straszny

Pomimo negatywnych oddziaływań farm wiatrowych na ekosystemy morskie, produkcja energii na morzu może mieć także działanie pozytywne. Literatura naukowa podaje przykłady dotyczące głównie ryb i makrobezkręgowców [2, 3]. Jednym z nich są konstrukcje cumownicze, które mogą funkcjonować jak sztuczne rafy. Są one szczególnie atrakcyjnym miejscem dla małży, które z kolei zapewniają schronienie i pożywienie małym skorupiakom, np. kiełżom. Te zaś stanowią pokarm dla ryb i innych drapieżników. W tej sposób, dzięki sukcesji ekologicznej i wzajemnym powiązaniom, różnorodność biologiczna sztucznych raf może być znacząco wyższa niż na jednorodnym dnie morskim.

Produkcja i dostępność gatunków bentosowych na takich rafach zwiększy dostępność pożywienia dla wyższych poziomów troficznych. Na farmach morskich często obserwowana jest zwiększona liczebność i różnorodność ryb. Ponadto zakaz prowadzenia działalności trałowej w obrębie i w pobliżu farm wiatrowych ze względów bezpieczeństwa dodatkowo ogranicza presje na ryby i przyczynia się do wzrostu ich produktywności. To z kolei przyciąga ptaki. Podsumowując, farmy mogą stanowić swoiste hot-spoty biologiczne.

I tak warto, byle z głową

Turbiny wiatrowe produkują niemal darmową energię odnawialną, nie przyczyniają się do emisji gazów cieplarnianych, mogą pracować zarówno na lądzie, jak i na morzu. Co prawda niewłaściwie zaprojektowane i posadowione mogą negatywnie oddziaływać na zdrowie człowieka, środowisko i krajobraz, ale z aeroenergetyką, jak ze wszystkim, należy postępować z głową.

Ryzyko ekologiczne wynikające z negatywnego wpływu urządzeń energii wiatrowej może się różnić w poszczególnych obszarach, w zależności od cech środowiskowych i zbiorowisk biologicznych danego ekosystemu (np. obecności gatunków ptaków migrujących, szczególnie wrażliwych na turbiny wiatrowe). Niektóre gatunki wykazują też zróżnicowaną odporność na uciążliwości środowiskowe wynikające z obecności farm, np. śledzie okazały się bardzo czułe na hałas generowany przez turbiny, podczas gdy foki potrafią się do niego przystosować. Identyfikacja potencjalnie znaczących skutków jest zatem specyficzna dla danego przypadku. Ponadto wpływ farmy wiatrowej na środowisko będzie również zależał od jego stanu początkowego i odporności obszaru.

Jak podkreśla wielu badaczy, wykazanie negatywnego wpływu farm wiatrowych na ekosystemy morskie nie ma na celu kwestionowania ich potencjału jako efektywnego źródła czystej i odnawialnej energii. Ważne jest natomiast rozpoznanie potencjalnych skutków ekologicznych, jakie ekspansja sektora może wywołać w skali lokalnej i regionalnej. Wiedza ta powinna przyczynić się do rozwoju technologii oraz wdrożenia przepisów prawa, które powinny być nakierowane na ograniczenie tych negatywnych efektów z uwzględnieniem korzyści środowiskowych, społecznych i ekonomicznych wynikających ze zmniejszenia emisji z paliw kopalnych.

W artykule korzystałam m.in. z:

[1] Buczkowski R., Igliński B., Cichosz M., 2014. Technologie aeroenergetyczne. Wydawnictwo Naukowe Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, Toruń
[2] WWF-Norway, 2014. Environmental Impacts of Offshore Wind Power Production in the North Sea. A Literature Overview; https://tethys.pnnl.gov/sites/default/files/publications/WWF-OSW-Environmental-Impacts.pdf
[3] Galparsoro I., Menchaca I., Garmendia J.M. et al., 2022. Reviewing the ecological impacts of offshore wind farms. npj Ocean Sustain 1, 1-8. https://doi.org/10.1038/s44183-022-00003-5
[4] Benkort D., Christiansen N., Ho-Hagemann H.T.M., et al. 2024. How Do Offshore Wind Farms Affect the Ocean?. Front. Young Minds. 12:1336535. doi: 10.3389/frym.2024.1336535