Znacznie niższe oszacowania potencjału morskiej energetyki wiatrowej Chin przy użyciu modelowania na poziomie farmy i efektów śladu

Dlaczego to ma znaczenie dla czystej energii

Chiny dysponują jednymi z najlepszych miejsc na świecie pod kątem lokalizacji turbin morskich, a wiele planów energetycznych zakłada, że te wietrzne akweny mogą dostarczyć ogromną część przyszłej produkcji elektryczności kraju. Niniejsze badanie stawia proste, lecz kluczowe pytanie: ile energii można naprawdę wytworzyć, gdy przejdziemy od idealizowanych map do złożonej rzeczywistości rzeczywistych farm wiatrowych? Analizując uważnie rozmieszczenie turbin, wzajemne zakłócenia ich śladów (wake) oraz koszty projektów, autorzy stwierdzają, że wcześniejsze oczekiwania dotyczące potencjału morskiej energetyki wiatrowej Chin były prawdopodobnie zbyt optymistyczne.

Patrząc poza proste mapy

Większość wcześniejszych analiz szacowała potencjał morskiej energetyki wiatrowej, rozmieszczając pojedyncze turbiny równomiernie na dużych obszarach morza i stosując jedynie podstawowe reguły dotyczące głębokości wody, obszarów chronionych oraz bardzo ogólne odstępy między urządzeniami. Następnie stosowano jedno, proste odjęcie — często około 10 procent — aby uwzględnić straty energii, gdy turbiny leżą w aerodynamicznych cieniu innych turbin, tzw. „śladach”. W rzeczywistości deweloperzy nie budują pojedynczych turbin; budują całe farmy, każdą z własnym starannie zaprojektowanym układem. Nowe morskie projekty w Chinach przesuwają się też dalej od brzegu i na głębsze wody, co zmienia zarówno projekt techniczny, jak i koszty. Wszystkie te szczegóły mają znaczenie dla tego, ile energii elektrycznej można rzeczywiście dostarczyć do sieci po przystępnej cenie.

Pomiary rzeczywistych farm wiatrowych z przestrzeni

Naukowcy zaczęli od zmapowania niemal wszystkich istniejących morskich farm wiatrowych w Chinach, wykorzystując obrazy radarowe z satelitów oraz publiczne bazy danych projektów. Zmierzyli rzeczywiste odległości między turbinami — zarówno wzdłuż, jak i w poprzek dominującego kierunku wiatru — oraz policzyli, ile rzędów jest zwykle stosowanych. Stwierdzili, że większość chińskich farm morskich wykorzystuje trzy lub cztery rzędy turbin, z maszynami rozmieszczonymi w odległościach około 8–12 średnic wirnika wzdłuż kierunku wiatru i 3–6 średnic w poprzek. Na podstawie tych obserwowanych wzorców zaprojektowali sześć reprezentatywnych układów farm o różnych rozmiarach, zamiast zakładać jeden idealizowany układ turbin. Następnie umieścili te realistyczne farmy w obrębie wyłącznej strefy ekonomicznej Chin tam, gdzie głębokość wody, odległość od brzegu, fale i obszary chronione pozwalały na budowę.

Rewizja dostępnej energii wiatru

Aby oszacować, ile elektryczności te farmy mogłyby wyprodukować, zespół połączył kilka składników: szczegółowe dane pogodowe z ostatnich dekad, projekcje klimatyczne na połowę wieku, realistyczne krzywe mocy dla nowoczesnych turbin o mocy 4, 8 i 11 megawatów oraz zaawansowane modele rozprzestrzeniania się śladów w farmie. Porównali trzy modele śladu, od prostszych po bardziej zaawansowane. W szeregu scenariuszy stwierdzili, że straty związane ze śladami na poziomie farmy są zwykle znacznie wyższe niż tradycyjne założenie 10 procent — często w zakresie 14–20 procent, a nawet więcej w najbardziej konserwatywnym modelu. W rezultacie całkowity potencjał techniczny morskiej energetyki wiatrowej Chin spada do około 2,5–4,2 petawatogodzin rocznie — znacznie poniżej wielu wcześniejszych szacunków, które często przekraczały 5,6 petawatogodziny, a czasem zbliżały się do 10.

Koszty, farmy na dużej głębokości i ograniczenia regionalne

Badanie oblicza również znormalizowany koszt wytworzenia energii elektrycznej dla każdej modelowanej farmy, uwzględniając głębokość wody, odległość od brzegu, koszty instalacji i utrzymania oraz różnice między fundamentami stałymi a pływającymi. Płytkie, przybrzeżne projekty na ogół kosztują mniej za jednostkę energii, ale większość najlepszych płytkich miejsc jest już zagospodarowana. Przejście na głębsze wody uwalnia więcej zasobów i pozwala na gęstsze rozmieszczenie pływających farm, jednak znacznie podnosi koszty. W wielu scenariuszach tylko część modelowanych farm byłaby obecnie opłacalna bez dodatkowego wsparcia. Autorzy odkrywają także, że większość prowincji nadbrzeżnych nie może zaspokoić całego zapotrzebowania na energię wyłącznie z morskiej energetyki wiatrowej; wiele mogłoby pokryć tylko 60–80 procent własnego popytu, a niektóre, takie jak Szanghaj i Hebei, znacznie mniej.

Co to oznacza dla planów dotyczących czystej energii

Dla osób niezajmujących się specjalistycznie tematem kluczowy przekaz jest taki, że zasób morskiego wiatru Chin wciąż jest bardzo duży, ale nie tak nieograniczony ani tani, jak wcześniej się spodziewano, kiedy uwzględni się rzeczywiste ograniczenia inżynieryjne i związane z rozmieszczeniem turbin. Staranny projekt farm, lepsze zarządzanie efektami śladu oraz obniżenie kosztów — szczególnie dla pływających turbin na głębokiej wodzie — będą niezbędne, jeśli energetyka wiatrowa na morzu ma odegrać rolę główną, jaką przewiduje wiele planów klimatycznych. Podejście uwzględniające skalę farm i ich układy daje bardziej powściągliwą i realistyczną podstawę do ustalania krajowych celów energetycznych, wyboru miejsc pierwszych inwestycji oraz bilansowania morskiej energetyki wiatrowej z innymi niskoemisyjnymi opcjami na drodze Chin do neutralności klimatycznej.

Cytowanie: Xu, S., Yin, G., Hu, P. et al. Substantially lower estimates in China’s offshore wind potential using farm-scale spatial modeling and wake effects. Nat Commun 17, 2043 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68655-2

Słowa kluczowe: energetyka wiatrowa na morzu, energia w Chinach, potencjał odnawialnej energii, projektowanie farm wiatrowych, pływające turbiny wiatrowe