Niemcy sięgają po „ryby energetyczne”. Nowy sposób na brak wiatru i słońca

Na odcinku Renu koło Sankt Goar powstanie niezwykła farma wodna – setki pływających turbin mają produkować prąd, gdy wiatraki stoją, a panele nic nie dają.

Chodzi o technologię, która ma wypełnić jedną z największych luk transformacji energetycznej: co zrobić, kiedy jednocześnie jest bezwietrznie i pochmurno, a zapotrzebowanie na energię rośnie? Niemcy chcą przetestować odpowiedź w nurcie jednej z najważniejszych rzek Europy.

Rzeka jako magazyn mocy: co planują Niemcy na Renie

W rejonie Sankt Goar, w wąskim i szybko płynącym fragmencie Renu, ma stanąć instalacja złożona ze 124 niewielkich elektrowni wodnych. To kompaktowe moduły, które przypominają raczej duże urządzenia sportowe do nurkowania niż klasyczną tamę czy zaporę. Cała konstrukcja ma działać jak „stadko” małych maszyn, które wspólnie dostarczają znaczącą ilość energii.

Projekt przygotowała firma Energyminer z okolic Monachium. Kilka takich turbin pracuje już testowo w Renie, a wcześniejsze próby prowadzone były na mniejszym kanale w Monachium. Teraz niemieckie władze dały zielone światło na pierwszy pełnowymiarowy „rój” urządzeń w bocznym ramieniu rzeki.

Nowe turbiny mają produkować prąd non stop, niezależnie od pory dnia i pogody, wykorzystując wyłącznie stały nurt rzeki.

Jak działa „ryba energetyczna” w nurcie rzeki

Elementy całego systemu noszą nazwę Energyfish – to pływające turbiny zakotwiczone na dnie rzeki. Każda „ryba” ma około 2,8 na 2,4 metra, waży w granicach 80 kilogramów i swobodnie ustawia się w prądzie wody. W sprzyjających warunkach pojedynczy moduł osiąga moc do 6 kilowatów.

Według producenta 100 takich urządzeń może w ciągu roku wytworzyć około 1,5 gigawatogodziny energii elektrycznej. To ilość wystarczająca do zasilenia mniej więcej 400–500 gospodarstw domowych czteroosobowych, oczywiście w typowym, statystycznym ujęciu.

Proces produkcji energii jest dość prosty, ale bazuje na precyzyjnym dopasowaniu konstrukcji do warunków rzecznego nurtu:

• moduły całkowicie zanurzają się w wodzie i są przymocowane do dna, dzięki czemu nie przeszkadzają nawigacji
• łopaty wirnika obracają się wyłącznie dzięki naturalnemu przepływowi wody
• generator w obudowie zamienia ruch obrotowy na prąd elektryczny
• energia przesyłana jest podwodnymi kablami do brzegu, gdzie trafia do sieci

Firma deklaruje, że koszt wytworzenia 1 kWh w takiej instalacji ma być zbliżony do typowych kosztów energii z farm wiatrowych i dużych instalacji fotowoltaicznych. Dla operatorów energetycznych ważna jest też przewidywalność – przepływ wody w dużych rzekach zmienia się mniej gwałtownie niż siła wiatru czy nasłonecznienie.

Dlaczego właśnie Sankt Goar i ten fragment Renu

Nie każdy odcinek rzeki nadaje się do takiej inwestycji. Środkowy bieg Renu w rejonie Sankt Goar należy do nielicznych miejsc w Niemczech, gdzie woda płynie szybko i równomiernie, a dolina jest ciasna, przez co nurt przyspiesza. Prędkość przepływu wynosi tam średnio między 1,5 a 2 metry na sekundę – to właśnie takie parametry są potrzebne, aby turbiny pracowały efektywnie.

To nie pierwsze podejście do technologii. W 2023 roku Energyminer uruchomił pilotażową instalację na kanale Auer Mühlbach w Monachium. To tam firma sprawdzała niezawodność systemu w realnych warunkach, testowała wytrzymałość konstrukcji, zachowanie przy zmiennym poziomie wody oraz wpływ na lokalne środowisko.

Sankt Goar ma być pierwszym miejscem, gdzie technologia zostanie zastosowana naprawdę „na poważnie” – w liczbie ponad stu modułów współpracujących w jednym systemie.

Bez tam i spiętrzeń: inne podejście do hydroenergii

Klasyczne elektrownie wodne kojarzą się z dużymi zaporami, sztucznymi jeziorami i zmianą całego krajobrazu. Pociąga to za sobą nie tylko ogromne koszty, ale też silną ingerencję w przyrodę: odcięcie naturalnych szlaków wędrówek ryb, zalewanie terenów i przeobrażanie koryta rzeki.

Nowy system działa inaczej. Nie wymaga budowy tam ani spiętrzania wody. Turbiny tylko „korzystają” z tego, że rzeka i tak płynie, a energia kinetyczna wody w dużych rzekach jest ogromna. Dlatego inwestorzy liczą, że opór społeczny będzie mniejszy, a proces wydawania zgód – łatwiejszy niż w przypadku dużych zapór.

Co z rybami i ekosystemem Renu

Każdy nowy projekt wodny budzi natychmiast pytania o wpływ na ryby i inne organizmy żyjące w rzece. W przypadku pływających turbin zagrożenie teoretycznie mogłoby dotyczyć przede wszystkim ryzyka kontaktu ryb z łopatami wirnika.

Energyminer zaprojektował dlatego osobny system ochronny. Obejmuje on geometrię łopat, prędkość obrotową, a także sposób ustawienia modułu w stosunku do głównego nurtu. Całość musi ograniczać szansę, że ryby znajdą się w bezpośredniej strefie wirnika.

Badania prowadzone przez naukowców z politechniki w Monachium wskazują, że „ryby energetyczne” nie powodowały mierzalnych obrażeń ani zmian zachowania u migrujących gatunków w Renie.

To właśnie takie wyniki analiz otworzyły drogę do decyzji pozytywnej ze strony ministerstwa środowiska w Nadrenii-Palatynacie. Dla władz landu ważne jest, by projekty wspierające transformację energetyczną nie podważały celów związanych z ochroną bioróżnorodności.

Sygnal dla branży: test na skalę, nie tylko na prototyp

Dla samej firmy instalacja w Sankt Goar ma znaczenie szersze niż tylko komercyjny projekt. Według zarządu to pierwszy dowód, że technologia da się zastosować w dużej skali, a nie wyłącznie w eksperymentalnych pilotażach.

Politycy landowi mówią o ważnym kroku w stronę efektywniejszego wykorzystania potencjału rzek w energetyce odnawialnej. Lokalne władze liczą, że podobne instalacje uda się uruchomić w kolejnych miejscach, oczywiście tam, gdzie warunki hydrologiczne i wymogi ochrony przyrody na to pozwalają.

Gdzie jeszcze „ryby energetyczne” mogą się pojawić

Warunki podobne do Sankt Goar panują także w innych częściach Niemiec. Nie chodzi przy tym jedynie o Ren. Potencjalnymi lokalizacjami są szybkie odcinki Mozeli, Wezery czy Łaby – wszędzie tam, gdzie nurt osiąga odpowiednią prędkość, a głębokość i szerokość rzeki pozwalają na bezkolizyjne ustawienie turbin.

Granice dla ekspansji wyznaczają głównie trzy czynniki: zbyt płytka woda, zbyt wolny przepływ lub intensywny ruch statków. W wielu miejscach dochodzą wymagające przepisy ochrony przyrody, które mogą całkowicie zablokować inwestycję lub narzucić kosztowne modyfikacje.

Mimo tych ograniczeń niemieccy eksperci podkreślają, że rzeki przenoszą ogromne ilości energii, której obecnie prawie się nie wykorzystuje w sposób rozproszony. Jeśli system z Sankt Goar się sprawdzi, może stać się punktem odniesienia dla projektów nie tylko w Niemczech, ale również w innych krajach europejskich, gdzie rzeki mają podobny charakter.

Co ten pomysł oznacza dla transformacji energetycznej

Energetyka oparta na wietrze i słońcu ma wyraźne ograniczenie: produkcja prądu skacze w górę i spada w dół w rytmie pogody. W dni bezwietrzne, gdy zachmurzenie utrzymuje się godzinami, system potrzebuje źródeł, które są bardziej stabilne i przewidywalne.

Tutaj właśnie pojawiają się rozproszone elektrownie wodne w rzekach. Strumień przepływu zmienia się wolniej niż siła wiatru. Operator może więc lepiej planować bilans mocy w sieci. Nie jest to zastępstwo dla dużych farm wiatrowych czy parków fotowoltaicznych, tylko kolejny segment układanki – uzupełnienie, które ma zmniejszyć ryzyko przerw i pików cenowych.

Jeśli takie systemy upowszechnią się, mogą współpracować z magazynami energii, klasycznymi elektrowniami szczytowo-pompowymi oraz elastycznym sterowaniem zużyciem prądu. Taki miks ogranicza potrzebę trzymania w gotowości dużej liczby gazowych bloków rezerwowych, co z kolei obniża emisje.

Czego mogą się nauczyć inne kraje, w tym Polska

Polski system energetyczny stoi przed podobnym wyzwaniem: udział wiatru i fotowoltaiki szybko rośnie, a stabilnych mocy regulacyjnych brakuje. Polska ma dużo rzek o zmiennym charakterze, ale są odcinki, zwłaszcza w górnym biegu większych rzek czy na kanałach energetycznych, gdzie przepływ jest stosunkowo równy i szybki.

Niemiecki projekt pokazuje, że nie każda alternatywa dla węgla czy gazu musi oznaczać gigantyczne inwestycje i betonowanie dolin. Pływające turbiny, które można zdemontować, przenieść w inne miejsce czy wymienić, wpisują się w trend elastycznych, modułowych źródeł energii. W połączeniu z rzetelnymi badaniami środowiskowymi mogą stać się jedną z dróg ograniczania ryzyka związanego z suszą, niżówkami czy zmianami klimatu.

Dla odbiorcy końcowego liczy się przede wszystkim stabilność rachunków i niezawodność dostaw. Jeśli rzeki zaczną pracować na transformację energetyczną tak, jak dziś pracują na transport towarów czy nawodnienie, podobne rozwiązania jak niemiecka „farma ryb energetycznych” mogą w ciągu kilku lat stać się nie ciekawostką technologiczną, ale zwyczajnym elementem krajobrazu – także w Polsce.