Korzystanie z siły wiatru już nieraz przyniosło ludzkości rewolucyjne zmiany, czasami tak kapryśne i zaskakujące, jak bywa on sam
Gdy w Europie mocniej wieje, wówczas prąd wytwarzany przez wiatraki - i te lądowe, i te morskie - stanowi nawet więcej niż 20 proc. w miksie energetycznym krajów UE. Ale wystarczy nadejście pogody, nazywanej niegdyś przez żeglarzy flautą, a skrzydła turbin zastygają w miejscu i zaczynają się kłopoty.
Przedsmak tego, jak mogą być wielkie dla nas, przyniosła ta jesień. W krajach Unii ceny prądu poszybowały w górę, bo jednocześnie drożeją gaz i węgiel, a mocniej wiać nie chce. Źródło energii, z którym wiąże się ogromne nadzieje, jest bardzo kapryśne.
Żeglowanie konieczne jest
„Żagiel był wspaniałym wynalazkiem, pierwszym wielkim osiągnięciem ludzkości na drodze wykorzystywania sił przyrody” - twierdzi Bolesław Orłowski w „Najkrótszej historii wynalazków”. Starożytne źródła mówią, iż na masową skalę pierwsi zaczęli używać go Egipcjanie. Pływające po Nilu łodzie początkowo napędzała siła ludzkich mięśni, aż pewnego dnia ktoś zauważył, że duży kawał płótna rozciągnięty na ramie może okazać się pomocny. Dzięki niemu udawało się przemieszczać znacznie szybciej i na większe odległości, nawet pod prąd. „Żaglowce egipskie poczęły się niebawem zapuszczać na morza. Po Morzu Śródziemnym pływały do Fenicji (dzisiejszego Libanu), skąd przywoziły wspaniałe cedry. Po Morzu Czerwonym docierały do leżącej daleko na południu Krainy Punt (zapewne dzisiejszej Somalii), powracając z pachnidłami, złotem i kością słoniową” - opisuje Orłowski.
Stopniowo zaczęto doskonalić konstrukcję żagli, czemu sprzyjała specyfika Morza Śródziemnego. Na akwenie tym lata są długie i ciepłe, wiatry mają stały kierunek i nie są zbyt kapryśne. Większą część roku dęły łagodne wichry etezyjskie, pozwalające dopłynąć statkiem z Rzymu do Aleksandrii w zaledwie 10 dni. Nie przypadkiem wokół tego morza rozkwitły w starożytności cywilizacje, które swoje gospodarcze prosperity oparły na żegludze - poczynając od Fenicjan, Kartagińczyków i Greków, a kończąc na Rzymianach.
Ci ostatni w końcu uczynili z Morza Śródziemnego wewnętrzny akwen imperium, które scalały nie tylko drogi, lecz także szlaki żeglugowe. O tym, jak funkcjonowały, decydował przede wszystkim wiatr (i czasami piraci). Przez prawie pół tysiąca lat Rzymianie musieli dostosowywać się to tego, jak wiało na szlakach morskich. Gdy pogoda uniemożliwiała dłuższą żeglugę, zaczynało robić się dramatycznie, bo Italia uzależniła się od żywności dowożonej z Afryki.
Kiedy republiką rzymską rządził triumwirat tworzony przez Juliusza Cezara, Marka Krassusa i Gnejusza Pompejusza, zła pogoda w 58 roku p.n.e. zniszczyła plony i utrudniała ich dowóz z Afryki. W końcu Wiecznemu Miastu zagroził głód. Wybuch zamieszek przyniósł widmo utraty popularności Gnejuszowi Pompejuszowi, bo to on spośród triumwirów sprawował władzę nad Italią. Polityk pospiesznie zgromadził wielką liczbę okrętów i mimo nieprzychylnych wiatrów wypłynął w stronę Afryki. Flota szczęśliwie dotarła do Aleksandrii i szybko kupiono potrzebny ładunek. „Już okręty zostały załadowane zbożem, gdy nagle wielka burza powstrzymała żeglarzy przed odpłynięciem” - opisywał Plutarch w „Żywotach sławnych mężów”.
Brak żywności w Rzymie sprawiał, że każdy dzień zwłoki mógł przynieść katastrofę. Pompejusz wówczas - wedle relacji Plutarcha - pierwszy wsiadł na statek i zmusił marynarzy, by poszli jego śladem, „głośno krzycząc: «Żeglowanie jest rzeczą konieczną, a życie koniecznością nie jest!»”. Okazało się, że wiatr sprzyjał śmiałym i brawurowa wyprawa po zboże zakończyła się sukcesem.
Na krańce świata
Zawołanie Pompejusza, że „navigare necesse est”, pozostawało aktualne przez stulecia. Choć dopiero we wczesnym średniowieczu wikingowie jako pierwsi odważyli się oddalić od wybrzeży i nawigując dzięki gwiazdom, zapuszczać w głąb oceanu. Północne wiatry pozwoliły im najpierw dotrzeć do Grenlandii, a później nawet do wybrzeży dzisiejszej Kanady. Jednak wiedzieli o tym nieliczni mieszkańcy Skandynawii i na bieg dziejów nie wywarło to żadnego wpływu.
Rewolucja nadeszła dopiero, gdy Henryk Żeglarz, trzeci syn króla Portugalii, uparł się, że wytyczy morski szlak do Indii. Dzięki jego pieniądzom i wysiłkom wyruszały kolejne wyprawy wzdłuż wybrzeży Afryki. Przy okazji starano się udoskonalać okręty tak, aby mogły obyć się na morzu bez wioseł. Tak narodziły się karawele, o których ówcześni Wenecjanie pisali, że mogą „dotrzeć do każdego portu na świecie, bo są to najlepsze żaglowce, jakie kiedykolwiek pływały po morzach”.
Dzięki nowatorskiemu kształtowi kadłuba karawele znakomicie pokonywały wysokie, morskie fale. Jednocześnie trójkątne żagle pozwalały im żeglować nawet pod wiatr. Krzysztof Kolumb dodał do tego jeszcze kompas. Urządzenie zakazane w Portugalii i Hiszpanii, bo fakt obracania się kawałka metalu niezmiennie w kierunku północnym uznawano za magię, a więc dzieło diabła. Mając do dyspozycji niezbędne narzędzia, szaleńczo odważny żeglarz wykorzystał siłę wiatru, by pokonać ocean. Trzy malutkie karawele, jakie Kolumb zabrał na wyprawę, dopłynęły do pierwszej wyspy leżącej nieopodal wybrzeży Ameryki w 69 dni. Chociaż o mały włos dzieje świata potoczyłyby się inaczej. Zaledwie kilka dni przed ujrzeniem na horyzoncie lądu Santa María, Niña i Pinta zamarły w bezruchu, bo oceanem zawładnęła flauta.
Brak wiatru sprawił, że żeglarze spanikowali. „Moja załoga, bojąc się o swój los, że zabraknie im jedzenia i wody, zaczęła się buntować” - zapisał Kolumb. Z najwyższym trudem udało mu się zmusić marynarzy, by zechcieli - gdy wrócił wiatr - pożeglować jeszcze choć dwa dni na zachód. Właśnie po dwóch dobach ujrzeli wyspę, którą dowódca wyprawy, widząc, że jest ocalony, nazwał San Salvador (Święty Zbawiciel).
Pchane siłą wiatru trzy stateczki pokonały ponad 6 tys. km, wytyczając szlak mający zmienić bieg dziejów. „Dał on ludom Europy dostęp do dwóch nowych kontynentów, gdzie mogła osiedlać się część ich rosnącej liczebnie populacji. Nowe źródło bogactw mineralnych i surowców zmieniło gospodarkę Europy. Odkrycie to spowodowało także zniszczenie cywilizacji Indian amerykańskich. W dalszej perspektywie odkrycie Kolumba doprowadziło również do powstania na półkuli zachodniej wielu nowych narodów” - pisze Michael H. Hart w książce „100 postaci, które miały największy wpływ na dzieje ludzkości”.
Po sukcesie Kolumba uwierzono, że żaglowcem można nawet opłynąć kulę ziemską. Wysłana w tym celu wyprawa Ferdynanda Magellana po 36 miesiącach zakończyła się sukcesem. W ciągu dwóch następnych stuleci europejskie mocarstwa dzięki coraz większym i doskonalszym statkom poruszanym siłą wiatru spenetrowały cały świat. Następnie zdominowały go i próbowały skolonizować.
Wiatrakowe rewolucje
„Na lądzie historia wiatraków sięga tysiąca lat wstecz albo i więcej. Wynaleziono je, aby dostarczały energii mechanicznej dla dwóch podstawowych ludzkich zadań - mielenia ziarna i zarządzania wodą, czyli pompowania, irygacji i osuszania” - pisze w książce „The Quest. W poszukiwaniu energii” Daniel Yergin. „W X w., albo nawet i wcześniej, prymitywne wiatraki pracowały już w Persji, a potem rozprzestrzeniły się przez świat islamski do Chin. Wiatraczki również zaczęły pojawiać się w Europie” - uzupełnia.
Tutaj na drodze do ich szybkiego rozprzestrzeniania się stanęły młyny wodne. Obfity w rzeki oraz rzeczki Stary Kontynent korzystał właśnie z ich energii i wiatraki nie wydawały się zbytnio komukolwiek potrzebne. Szansę na wielką karierę dały im jednak ówczesne podziały społeczne. „Szlachta i Kościół zazdrośnie strzegły swoich wyłącznych praw do wykorzystywania brzegów rzek przez własne młyny wodne, które mieliły ziarno. Monopole te były źródłem ich bogactwa i władzy” - podkreśla Yergin. Reszcie pozostawał wybór: albo poświęci mnóstwo czasu i wysiłku na zmielenie ziarna w domu przy użyciu żaren, albo zapłaci za skorzystanie z młyna.
W średniowiecznych kronikach odnotowano historię konfliktu, jaki wybuchł między opatem Samsonem z Bury St Edmunds w Suffolk a klerykiem o imieniu Hubert. Do tamtejszego opactwa należał brzeg rzeki i stojący nad nim młyn. Kleryk postanowił w 1191 r. przełamać ów monopol na mielenie zboża, budując wiatrak. Wówczas opat zażądał wstrzymania inwestycji. „Nie powinno się nikogo wykluczać z darmowej korzyści z wiatru” - miał mu odpowiedzieć kleryk. Sporem zajął się papież Celestyn III. Rozumiejąc jego wagę, rozstrzygnął awanturę, stanowiąc, iż „wiatr należy do Boga”. Nakazał więc, aby każdy korzystający z tego rodzaju źródła energii uiszczał dziesięcinę Kościołowi.
Kleryk Hubert musiał stawiać dalej opór, skoro jego wiatrak zburzono. Jednak szybko znaleźli się jego naśladowcy i w następnych stuleciach Suffolk stało się „wiatrakowym zagłębiem”, na którym wzorowała się reszta Europy. Zwłaszcza te kraje, gdzie przez dłuższe okresy wiały mocniejsze wiatry, a rwące rzeki są rzadkością. Nie przypadkiem wiatraki są symbolami Holandii i Hiszpanii. Dzięki doskonaleniu konstrukcji, podobnie jak w przypadku żagli, ich rola rosła. „W Europie zaczęto używać wiatraków do wielu procesów przemysłowych - od rozgniatania oliwek, po wytwarzanie prochu i zasilanie miechów w piecach hutniczych” - opisuje Yergin. „Szacuje się, że jedna czwarta całkowitej energii wykorzystywanej w przemyśle europejskim pomiędzy XIV w. a momentem pojawienia się pary i węgla w XIX w. pochodziła z wiatru” - podkreśla.
Ale wszystko to odeszło w przeszłość wraz z pojawieniem się maszyn parowych, choć pierwsze z nich były zawodne, mało wydajne i potrzebowały ogromnych ilości węgla. Jednak praca silnika nie zależała od pogody, lecz od stałych dostaw paliwa. To zaś jest łatwo dostępne. Wiatraki zostały zepchnięte na margines życia gospodarczego Starego Kontynentu i nic nie zapowiadało, by kiedykolwiek miało się to zmienić.
Powiew nowoczesności
W świecie zdominowanym przez maszynę parową rolę podstawowego źródła energii odgrywał węgiel. Jego spalanie gwarantuje uzyskiwanie olbrzymich ilości energii, dzięki czemu silnik zasilany parą mógł osiągać moc będącą poza zasięgiem wiatraków.
Do połowy XIX w., dzięki zastosowaniu coraz lepszych materiałów i precyzyjnemu wykonaniu, udawało się budować maszyny parowe o mocy nawet 250 KM. Potem do użytku zaczęły wchodzić turbiny parowe, napędzające generatory prądu. Ich wydajność pozwoliła na budowę elektrowni zdolnych zapewnić energię elektryczną miastom. Jednocześnie na morzach dobiegła kresu era żaglowców. Po 1860 r. pojawiły się sprzężone maszyny parowe, zbudowane z trzech lub czterech cylindrów, zapewniających wielostopniowe sprężanie i rozprężanie pary wodnej, wprawiającej w ruch tłoki. Moc tych jednostek przekraczała tysiąc koni mechanicznych. To czyniło je idealnym napędem dla wielkich statków. A pod koniec stulecia okazało się, że jeszcze wygodniejszym od maszyny parowej urządzeniem jest silnik spalinowy.
W zaledwie kilkadziesiąt lat wiatr przestał być istotnym źródłem energii i zachodnia cywilizacja przestała go potrzebować. I tylko nieliczni nie potrafili się z tym pogodzić. Kilka miesięcy po tym, jak w 1882 r. Thomas Edison uruchomił pierwszą na świecie elektrownię przy nowojorskiej Pearl Street, na łamach pisma „Scientific American” rozpoczęła się ciekawa dyskusja. Rozważano w niej, czy elektrownie może zasilać czysty i powszechnie dostępny wiatr, a nie zanieczyszczający powietrze węgiel. Szybko zauważono, że największym problemem jest zmienność i nieprzewidywalność tego źródła zasilania generatorów prądu. „Jak powinniśmy przechowywać energię, która może do nas przyjść w dzień lub w nocy, w niedzielę albo w tygodniu, i gromadzić ją, gdy jej nie potrzebujemy, aby móc wykorzystywać w chwili, kiedy będzie nam potrzebna? To jest pytanie” - pisano.
Ta nadzwyczaj istotna kwestia stała się ponadczasowa. Próbował się z nią zmierzyć w 1887 r. wynalazca Charles Brush, zapomniany dziś rywal Edisona. „Zbudował wiatrak wysoki na sześćdziesiąt stóp podłączony do prądnicy i do sieci akumulatorów w piwnicy. Za jego pomocą oświetlał swoją posiadłość” - odnotował Yergin. Całe przedsięwzięcie starało się przybliżyć czytelnikom „Scientific American”. Po przeprowadzeniu dokładnych wyliczeń autorzy pisma doszli do wniosku, że błędnie założono, iż energia wiatrowa jest tania, „ponieważ wiatr nic nie kosztuje. W rzeczywistości jest dokładnie odwrotnie, koszt elektrowni jest tak duży, że nie da się go zrekompensować niskimi kosztami napędu mocy”.
W końcu potwierdził to nawet sam wynalazca, który zaprzestał używania instalacji i przyłączył dom do publicznej sieci elektrycznej zbudowanej przez firmę Edisona. Kolejni konstruktorzy, próbujący iść w ślady Brusha, kończyli tak samo. Energia wytwarzana z paliw kopalnych okazywała się zbyt pewna i tania, żeby wiatr mógł z nią konkurować.
Droga do nowego początku
Pierwszym symptomem, że coś może się zmienić, był raport opublikowany w 1972 r. przez Klub Rzymski. Naukowcy zapowiadali w nim koniec cywilizacji, jaką znamy: światowe złoża surowców energetycznych miały się wyczerpać w ciągu półwiecza. Raport przetłumaczono na 30 języków i sprzedał się on w 12 mln egzemplarzy, stając się jednym z najpoczytniejszych opracowań naukowych w dziejach.
Elity Zachodu ogarnął niepokój. Cywilizacja konsumpcyjna może trwać i rozwijać się za sprawą konsumpcji - bez łatwego dostępu do energii elektrycznej jej rozwój, a nawet samo przetrwanie, stawały pod znakiem zapytania. Rządy poszczególnych państw zaczęły więc finansować poszukiwania alternatywnych źródeł energii, które zapewniłyby bezpieczeństwo ich krajom na dłużej niż jedno pokolenie. W tym momencie powtórnie zainteresowano się możliwościami wiatru, co spotęgował pierwszy kryzys naftowy. Na zlecenie Białego Domu NASA rozpoczęła wówczas wdrażać w życie „Federal Wind Program”. Jego celem było zbudowanie wielkich elektrowni wiatrowych, zdolnych ocalić USA przed kryzysem energetycznym.
Koordynujący to przedsięwzięcie specjalista od technologii kosmicznych Ronald L. Thomas nie miał powodów do optymizmu. Do 1974 r. na rynku amerykańskim dostępne były wiatraki o maksymalnej mocy zaledwie 4 kW i nikt nie traktował ich poważnie. Tymczasem rządowi marzyły się urządzenia tysiąckrotnie wydajniejsze. Na osiągnięcie tego celu Kongres wyasygnował 7 mln dol. „Jeśli do roku 2000 uda nam się doprowadzić do tego, że wiatraki zapewnią krajowi 1 proc. dostaw energii, będzie to wielkie osiągnięcie” - podsumował wówczas całe przedsięwzięcie Ronald L. Thomas.
Jednak inżynierowie NASA robili swoje. Dostrzegli oni, że kluczowym zagadnieniem jest odpowiedni dobór budulca, by stworzyć skrzydło wiatraka: duże, lekkie i wytrzymałe. Idealne okazało się połączenie włókien szklanych ze stopami metali lekkich, głównie aluminium. Następnie opracowano dla skrzydeł optymalny kształt, pozwalający wychwytywać każdy podmuch wiatru. Z czasem znaleźli się też prywatni inwestorzy skuszeni perspektywami zysków. „Kalifornia stała się miejscem narodzin współczesnego przemysłu wiatrowego. Do połowy lat 80. XX w. aż 96 proc. amerykańskich inwestycji w energetykę wiatrową miało miejsce w Kalifornii. Miało tu miejsce 90 proc. światowego rozwoju tego sektora” - podkreśla Daniel Yergin.
Jednak wielki boom na wiatrowe farmy skończył się jak ucięty nożem na początku lat 90. Wystarczyło, by dobiegły końca federalne ulgi na prąd ze źródeł odnawialnych. Zupełnie jak w czasach Charlesa Brusha problem leżał po stronie kosztów. Za ich sprawą energia wytwarzana przez wiatraki, nawet te wykorzystujące kosmiczne technologie, okazywała się droższa niż z elektrowni konwencjonalnych. Dodatkowo całe przedsięwzięcie pogrążała kapryśność samego wiatru. Jedyne, co mu wówczas sprzyjało, to kolejne zbiegi okoliczności.
Powrót z nową energią
Całkowicie zależny od rządowych dotacji sektor energetyki wiatrowej ocaliła w USA pierwsza wojna w Zatoce Perskiej. Zaczął ją iracki dyktator Saddam Husajn, który w sierpniu 1990 r. najechał Kuwejt, by przejąć pola naftowe tego kraju i ograbić miejscowych szejków. Podczas odbijania malutkiego państwa z rąk agresora przez koalicję pod wodzą Stanów Zjednoczonych irackie wojska podpalały roponośne szyby. Te pożary uświadamiały amerykańskim politykom, że należy szukać sposobów na to, by USA w jak najmniejszym stopniu pozostawały zależne od surowców z Bliskiego Wschodu. Kongres przyjął więc w 1992 r. Energy Policy Act (EPA), zapewniający inwestorom budującym elektrownie wiatrowe stałe ulgi podatkowe.
Zareagował na to wielki koncern Enron, rozpoczynając inwestycje w promowanej przez rząd branży. Dzięki temu pod koniec 2000 r. w Stanach Zjednoczonych wiatraki gwarantowały w systemie ok. 2,7 tys. MW prądu. Stanowiło to 3 proc. ogólnej mocy elektrowni w USA. Ronald L. Thomas mógł być dumny ze swej konstrukcji i mówić o wykonaniu 300 proc. normy. Tymczasem wszyscy czuli się zawiedzeni tak nikłym rozwojem odnawialnych źródeł energii.
Pałeczkę lidera na tym polu zaczęła przejmować Europa Zachodnia. Pod koniec lat 90. dzięki subsydiom unijnym i płaconym przez rządy poszczególnych państw na Starym Kontynencie nastąpił powrót do wiatraków. Nasilające się obawy przed skutkami ocieplania się klimatu idealnie współgrały z chęcią uniezależnienia się od paliw kopalnych. W efekcie w 2000 r. moc zainstalowanych w Europie turbin wiatrowych była już pięć razy większa niż w Stanach Zjednoczonych. Na pozycję liderów w promowaniu tego rodzaju energii wysunęły się Dania, Hiszpania oraz Niemcy. Wkrótce ten ostatni kraj zaczął wytyczać drogi w przyszłość całej UE. Nawet jeśli zaplanowana przez rząd kanclerz Angeli Merkel transformacja energetyczna (Energiewende) okazuje się kosztownym przedsięwzięciem. W pierwszej dekadzie XXI w. każdego roku na dotowanie energetyki odnawialnej wypływała z budżetu RFN kwota ok. 23 mld euro. Ponadto przeciętny użytkownik mieszkania płacił za prąd już 1,2 tys. euro rocznie, gdy 10 lat wcześniej było to 700 euro.
Jednocześnie wszedł w życie system handlu certyfikatami na emisję dwutlenku węgla. Każda firma energetyczna posiadająca elektrownie wytwarzające prąd ze spalania paliw kopalnych musi nabywać stosowne pozwolenia, co znacząco wpływa na koszty. Tym sposobem wiatraki stały się tanie i opłacalne.
Kolejne kroki w ograniczaniu emisji CO2 powodują, że powstają także projekty wielkich statków oceanicznych, z futurystycznymi żaglami. I na tym polu wiatr wraca do łask. Wszystko wskazuje więc na to, że znów będzie miał olbrzymi wpływ na bieg historii i to niezależnie od tego, czy mocniej zawieje lub, co gorsza, nadciągnie flauta. ©℗
W Europie zaczęto używać wiatraków do wielu procesów przemysłowych - od rozgniatania oliwek po zasilanie miechów w piecach hutniczych. Szacuje się, że jedna czwarta całkowitej energii wykorzystywanej w przemyśle europejskim pomiędzy XIV w. a XIX w. pochodziła z wiatru
