Fake news w pigułce

Na profilu Historia, o której się nie mówi na Facebooku opublikowano post z grafiką na temat turbin wiatrowych. Podano w nim informacje dotyczące zużycia surowców (stali, betonu, tworzyw sztucznych) do budowy oraz przy eksploatacji – ponoć – każdej turbiny wiatrowej, a także jej czasu użytkowania. 

Te informacje wprowadzają czytelnika w błąd z powodu braku kontekstu. W poście nie podano, jakie wymiary lub jaką moc ma opisywana turbina, co jest o tyle istotne, że ilość materiałów potrzebnych na budowę turbiny wiatrowej zmienia się w zależności od tych parametrów.

www.facebook.com

Post doczekał się ponad 2 tys. reakcji, ponad 3 tys. udostępnień i prawie 800 komentarzy. Użytkownicy Facebooka komentowali doniesienia, krytykując zasadność energetyki wiatrowej: „Był kiedyś na YouTube świetny dokument o żarówkach energooszczędnych. Mocny. Zniknął dość szybko ,zresztą jak i same żarówki”, „Super czysta ekologia dla cwaniaków zarabiających na tym idiotyźmie, i dla idiotów, którzy w to wierzą”, „No właśnie, temat tabu, a jak brutalna produkcja…… »ekologia« stosowana i narzucona zgodnie z planem produkcyjnym naszych sąsiadów” – czytamy.

Z czego składa się turbina wiatrowa? Wiele elementów, wiele materiałów

Wartości z posta (1 000 t stali, 2 500 t betonu, 45 t tworzyw sztucznych) nie są prawdziwe dla każdej turbiny, a na pewno nie dla tych o przeciętnej mocy. Podstawowe elementy turbiny wiatrowej to: fundament, wieża, generator oraz wirnik i łopaty wirnika. To, ile materiałów jest potrzebnych do wyprodukowania turbiny, zależy od jej wielkości, a ta zależy od mocy, z jaką turbina będzie generować prąd. 

Obecnie największa na świecie konstruowana turbina ma moc znamionową 16 MW i powstaje w Chinach. W USA przeciętna moc turbiny wiatrowej wynosi 2,75 MW. Jak podaje U.S. Geological Survey: „przeciętna turbina wiatrowa uruchomiona w 2020 roku wytwarza w ciągu zaledwie 46 minut ilość energii elektrycznej wystarczającą do zasilenia przeciętnego amerykańskiego domu przez jeden miesiąc”.

Według raportu National Renewable Energy Laboratory z USA (NREL) turbina wiatrowa składa się w 66-79 proc. ze stali i w 11-16 proc. z tworzyw sztucznych (s. 65, Tabela 30), zależnie od modelu. 

Ile stali potrzeba na zbudowanie turbiny, którą opisano we wpisie na Facebooku?

W poście podano, że „każda turbina to około 1000 ton stali”. To nieprawda, że każda turbina potrzebuje tyle stali. Według raportu NREL na 1 kW mocy przypada maks. 111,2 kg stali (s. 65, Tabela 30). Zakładając wartość maksymalną dla największej turbiny na świecie (16 MW mocy), może być ona zbudowana z prawie 1 780 t stali. Dla przeciętnej turbiny z USA wartość ta może wynosić do 306 t. 

Przy założeniu maksymalnej ilości materiałów turbina opisana we wpisie na Facebooku musiałaby mieć 9 MW mocy. Jest to wartość znacznie większa niż przeciętna, ale realna – są produkowane turbiny o takiej mocy. Niemniej jednak nie są one tak powszechne i nie można odnieść tej wartości do ogółu produkowanych turbin.

Ile betonu potrzeba na jedną turbinę wiatrową?

Według wpisu „każda turbina to około (…) 2500 ton betonu”. To nieprawda, ilość betonu potrzebna do budowy zależy bowiem od wymiarów turbiny, rodzaju zastosowanej wieży i położenia (na lądzie czy na wodzie). Beton może być stosowany m.in. do budowy wież turbin wiatrowych. Główne typy konstruowanych wież to:

• łupinowe (puste w środku) wieże stalowe,
•  wieże betonowe,
•  wieże hybrydowe z dolną częścią betonową i górną stalową,
•  wieże kratowe (o konstrukcji szkieletowej). 

Zwykle najpopularniejszym typem jest stalowa wieża łupinowa. 

Masa wieży zależy od jej wymiarów. Nie jest prawdą, że każda turbina będzie potrzebowała tej samej ilości betonu. Przykładowo, publikacja The Concrete Centre podaje, że masa 100-metrowej wieży turbiny o mocy 4,5 MW jest równa 1 050 t, a masa jej fundamentu wynosi 3 000 t. Według tej publikacji wieża o wysokości 70 m i mocy turbiny 2 MW może ważyć 450 t, a jej fundament – 1 400 t. Masa wieży będzie się różnić także w zależności od jej średnicy, ponieważ zmieniać się będzie jej objętość.

Masa wieży zależy też od materiału, z jakiego jest zbudowana. Przykładowo gęstość betonu – zależnie od jego typu – wynosi do 2 400 kg/m³, a stali – 7 820 kg/m³. Jak widać, dana objętość stali waży więcej niż ta sama objętość betonu.

 Przeciętna wieża betonowa może ważyć ok. 600 t

W celu weryfikacji przeprowadziliśmy obliczenia masy betonu użytego do zbudowania konstrukcji przykładowej wieży betonowej. Założyliśmy, że wieża jest wykonana tylko z betonu. Wieże zwężają się ku górze, ale dla ułatwienia obliczeń założyliśmy stałą średnicę, co zawyży wynik. Przykładowo, w publikacji The Concrete Centre dla wieży o wysokości 113 m i grubości ścian 0,35 m podano średnicę u podstawy równą 7,5 m, a na górze wieży – 2,3 m. W tym przypadku średnica zmniejszyła się ok. 3-krotnie.

Jak podaje amerykański Departament Energii, w 2021 średnia wysokość od gruntu do środkowej części wirnika (który odpowiada za obrót łopat turbiny wiatrowej) wynosiła 94 m – tę wartość przyjęliśmy za wysokość wieży. Wieża turbiny o mocy poniżej 4 MW (w tym przedziale mieści się średnia moc turbiny z USA, czyli 2,75 MW) ma zazwyczaj średnicę zewnętrzną w przedziale od 3 do 5 m. Wieże mają wolną przestrzeń w środku. Jak podano w publikacji The Concrete Centre, np. firma Enercon stosuje ściany betonowe o grubości 0,35 m. Te wymiary można prawdopodobnie uznać za przeciętne dla obecnie stosowanych turbin.

Do obliczeń przyjęliśmy więc wieżę o wymiarach:

• wysokość – 94 m,
• średnica u podstawy i na szczycie wieży – 5 m,
• grubość ściany – 0,35 m.

Analizowana wieża jest więc cylindrem o wymiarach:

• wysokość 94 m,
• średnica zewnętrzna 5 m,
• średnica wewnętrzna 4,65 m.

Taki cylinder będzie mieć prawie 250 m³ objętości. Biorąc pod uwagę gęstość betonu, która wynosi 2 400 kg/m³, taki cylinder będzie ważyć ok. 600 t. Należy jednak pamiętać, że wynik i tak jest zawyżony ze względu na założony kształt — cylindryczny (taka sama średnica u podstawy wieży, jak i na jej szczycie), który ma większą objętość niż cylinder zwężający się ku górze.

Fundamenty turbin ważą ok. 1 300-1 400 t

Fundamenty wieży turbiny na lądzie są wykonywane z betonu. Przykładowo mogą to być konstrukcje płytowe lub palowe, w zależności od rodzaju podłoża. Jako reprezentacyjne wymiary fundamentu betonowego przyjęliśmy wymiary z publikacji firmy Elforsk (s. 17).

• Założyliśmy kształt prostopadłościanu czworokątnego prawidłowego (o podstawie kwadratu).
• W uproszczeniu fundament składa się z dwóch takich elementów o wymiarach: 18x18x1,8 m oraz 5,5×5,5×0,6 m. 
• Złożony z nich fundament ma łączną objętość 601,35 m³. 
• Przyjmując gęstość betonu równą 2 400 kg/m³, fundament waży 1 443 t.

Firma Cemex sp. z.o.o., która zajmowała się produkcją fundamentów betonowych dla jednej z farm wiatrowych na Bałtyku, podała, że masa całkowita fundamentu dla turbiny wynosiła 1 300 ton. Również w publikacji The Concrete Centre jest wzmianka o fundamentach betonowych o wadze 1 300 t dla farmy wiatrowej offshore (ang. na morzu).

Nawet jeśli przyjmiemy mniej popularną od wież stalowych wieżę betonową, o przeciętnych wymiarach (600 t) i z fundamentem na lądzie (1 443 t) lub na wodzie (1 300 t), ilość betonu zużyta na budowę takiej turbiny (ok. 2 043 t lub 1 900 t) różni się od wielkości podanej w poście (2 500 ton). 

Biorąc pod uwagę, że wieża betonowa nie jest najpopularniejszym typem konstrukcji, tym bardziej nie można stwierdzić, że na budowę każdej turbiny zużywane jest 2 500 t betonu. W praktyce może to być mniej lub więcej, w zależności od jej wymiarów.

Ile tworzyw sztucznych potrzeba do budowy turbiny wiatrowej?

Nie można powiedzieć, że – jak wskazano we wpisie na Facebooku – na każdą turbinę wiatrową przypada 45 t tworzyw sztucznych, potrzebnych do jej budowy. Ich ilość zależy od mocy oraz konstrukcji turbiny i może być mniejsza lub dużo większa. 

Według raportu NREL turbina składa się w 11-16 proc. z tworzyw sztucznych (s. 65, Tabela 30). Maksymalnie przypada ich 23,8 kg, a minimalnie 14,1 kg na 1 kW mocy turbiny (s. 65, Tabela 30). Zakładając wartość maksymalną dla największej turbiny na świecie (16 MW), może być ona zbudowana z tworzyw sztucznych o masie nawet od 226 do 381 t. Dla przeciętnej turbiny z USA (2,75 MW) jest to wartość między 39 a 66 t. 

Ile czasu rozkładają się tworzywa sztuczne?

Nie jest prawdą, że – jak podano we wpisie – tworzywa sztuczne rozkładają się ok. 1 000 lat. Czas rozkładu zależy od rodzaju tworzywa, struktury i warunków środowiskowych (np. wilgoci, temperatury, światła, obecności mikroorganizmów). Przykładowo, czas połowicznego rozkładu HDPE (polietylenu o wysokiej gęstości) w środowisku morskim może wynosić od 58 lat (dla butelek) do 1 200 lat (dla rur). Czas połowicznego rozpadu to czas, po którym materiał traci 50 proc. swojej początkowej masy.

Tradycyjnie łopaty turbin wiatrowych są zbudowane głównie z kompozytów włókien szklanych i żywic epoksydowych. Czasem są to też włókna węglowe albo połączenie tych włókien. Takie kompozytowe materiały są problematyczne w recyklingu ze względu na trudność ich rozdzielenia. W ostatnim czasie temat ten rodzi zainteresowanie producentów i badaczy. 

Obecne możliwości technologiczne wskazują, że współprzetwarzanie w celu produkcji cementu jest najlepszą metodę wykorzystania zużytych łopat turbin wiatrowych. Polega ono na ich wykorzystaniu jako paliwo do produkcji. Możliwości recyklingu tego typu materiałów pozostają ograniczone. Istnieją odpowiednie technologie, ale problemem jest znalezienie zastosowania dla produktów recyklingu, gdyż mają one gorsze właściwości mechaniczne niż pierwotny surowiec.

Jaka jest żywotność turbiny wiatrowej? Można ją przedłużać!

Podany w poście czas eksploatacji turbiny wiatrowej (25 lat) jest realny. Typowa żywotność to 20-25 lat. Nie wzięto jednak pod uwagę możliwości przedłużenia czasu użytkowania turbiny nawet do 35 lat. Zależy to w dużej mierze od lokalizacji turbiny – przede wszystkim wieża oraz fundament muszą być w odpowiednio dobrym stanie.

Z raportu Lawrence Berkeley National Laboratory z 2019 roku wynika, że inwestorzy przewidują obecnie ok. 30-letni okres użytkowania lądowych elektrowni wiatrowych.

Ile oleju potrzeba przy eksploatacji turbiny wiatrowej?

W poście podano, że „każda turbina wiatrowa (…) zużywa do 3000 L oleju, który w przekładni i układzie hydraulicznym jest wymieniany co rok”. Ta ilość oleju nie jest prawdziwa dla każdej turbiny. Podany czas użytkowania oleju również nie jest prawdą. Ilość potrzebnego oleju zależy od mocy turbiny i rodzaju oleju.

Autorzy publikacji z 2018 roku przeanalizowali zapotrzebowanie na olej przy eksploatacji turbin o różnej mocy (1-4 MW). W tym przedziale mieści się przeciętna moc turbiny z USA (2,75 MW). Autorzy podali, że potrzeba od 200 do 800 l oleju i że należy go wymieniać co 3,2-8,7 lat.

Firma ExxonMobil informuje, że „typowe oleje przekładniowe do turbin wiatrowych mają okresy między wymianami oleju wynoszące 36 miesięcy”. Podaje też, że „udowodniono, że zaawansowane syntetyczne środki smarne wydłużają okresy między wymianami do 7+ lat”.

Podsumowanie

Post opublikowany przez profil Historia, o której się nie mówi wprowadza czytelnika w błąd. Ilość materiałów do budowy turbiny różni się w zależności od jej mocy, wymiarów i konstrukcji. Nie można podawać tych samych danych dla każdej turbiny. Zapotrzebowanie na olej również jest zależne od mocy turbiny, a podany we wpisie czas użytkowania oleju jest zbyt krótki. Żywotność turbiny, którą podano w poście, jest realna, ale nie wzięto pod uwagę możliwości przedłużenia czasu jej użytkowania. W przypadku podanego czasu rozkładu tworzyw sztucznych nie uwzględniono czynników takich jak rodzaj materiału, struktura i warunki rozkładu, które wpływają na czas ich degradacji.