אנרגיית אגירה שאובה

אנרגיה שאובה משמשת לאגירת אנרגיה פוטנציאלית על ידי שאיבת מים ממאגר במפלס נמוך למאגר מים במפלס גבוה. כאשר יש צורך להשתמש באנרגיה זו, מוזרמים המים מהמאגר הגבוה בחזרה למאגר הנמוך בעזרת כוח הכובד ואנרגיית התנועה של המים הזורמים משמשת לסיבוב טורבינה המפעילה גנרטור לייצור חשמל.

.

ניצול עודפי ייצור החשמל לשימוש בזמני שיא בצריכה

הביקוש לחשמל משתנה לאורך היממה בהתאם להתנהגות הצרכנים ומושפעת מגורמים רבים כמו תנאי מזג האויר (הפעלת מזגנים או חימום), שעות היממה, היום בשבוע ועוד. על מנת לספק את כל כמות החשמל הנדרשת, חברת החשמל מייצרת הספק גבוה מהכמות הנצרכת בכל זמן נתון. תחנות כוח המונעות על ידי פחם אינן גמישות ולא ניתן להדליק ולכבות אותן בטווחי זמן קצרים, ולכן ישנו עודף היצע של חשמל במערכת במשך שעות רבות במהלך היממה. שימוש במערכת אנרגיה שאובה מאפשר לנצל את עודפי ייצור החשמל להזרמת מים מהמאגר התחתון לעליון בזמן צריכת שפל, ולנצל את האנרגיה האגורה לייצור אנרגיה בהתרעה קצרה בזמן צריכת שיא.

.

אנרגיה שאובה כפיתרון לשימוש באנרגיות מתחדשות

ייצור אנרגיה ממקורות מתחדשים, כמו אנרגיית רוח ואנרגיה סולארית, תלויים בתנאי מזג האויר ושעת היממה ולא ניתן להתאים את זמן הייצור לזמני הצריכה. עובדה זו מהווה חסם לשימוש באנרגיות מתחדשות כתחליף לייצור אנרגיה ממקורות מזהמים. חברת החשמל מחויבת לספק לצרכניה חשמל בכל זמן נתון וללא קשר לשעה ביממה (יום/לילה) ולתנאי הרוח בחוץ. בעזרת תחנת כוח של אנרגיה שאובה ניתן לאגור את האנרגיה המופקת באמצעים כמו טורבינות רוח ומערכות סולאריות פוטו-וולטאיות במשך שעות הייצור ולעשות בה שימוש מתי שצריך.

.

אנרגיה שאובה בישראל

בזמן תכנון המוביל הארצי עלתה הצעה לשילוב מערכת אנרגיה שאובה לאורך קו ההובלה בין מאגר המים בכנרת לבין מאגר אשכול הנמצא בעמק בית נטופה, תוך שימוש בהפרשי הגבהים בין שני המאגרים. ההצעה נפלה לבסוף.

כיום עומדים על הפרק שלושה פרויקטים שקיבלו רשיונות עקרוניים ממשרד התשתיות הלאומיות להקמת תחנות כוח בטכנולוגיית אגירה שאובה:

אגירה שאובה צוק מנרה – חברת "אלקטרה אגירה שאובה בע"מ" – פרויקט בהיקף של כ-200 מגה-וואט. הפרש גבהים בין מאגר עליון לתחתון של 760 מ'.

אגירה שאובה מעלה גלבוע – חברת "פי-אס-פי השקעות" – פרויקט בהיקף של עד 300 מגה-וואט. הפרש גבהים בין מאגר עליון לתחתון של 500 מ'.

אגירה שאובה במחצבת נשר (סמוך לחיפה) – חברת "כלל תעשיות והשקעות" – בהיקף של עד 200 מגה-ואט.

אנרגיה גאותרמית

אנרגיה גאותרמית הופקה לראשונה באיטליה בתחילת המאה ה-20. בשנת 2000 הספק האנרגיה הגאותרמית המיוצר בעולם עמד על קרוב ל-8000 מגהוואט והטכנולוגיה משמשת תפקיד חשוב בתעשיית האנרגיה של מספר מדינות מתפתחות: הפיליפינים, קוסטה ריקה, קניה, אינדונזיה, ניקרגואה, אל סלוודור ומקסיקו.

תחנת הכוח הגאותרמית הגדולה בעולם הוקמה ב-1960 בקליפורניה, תחנה המספקת מעל 2000 מגהוואט בשנה. אנרגיה גאותרמית משמשת לא רק לייצור חשמל אלא גם לחימום מים לרחצה, הסקה והפשרת מדרכות משלג במדינות כפי שנעשה בריקיאוויק, בירת איסלנד.

לרוב, ייצור חשמל ממקורות גאותרמיים נעשה על ידי שימוש בקיטור מן המים שהתחממו בשכבות הרותחות בבטן האדמה ולאחר השימוש מוחזרים המים החמים לאדמה ללא שימוש. לעתים כאשר הטמפרטורה אינה גבוהה מספיק, משתמשים במחליפי חום כגון גז בוטאן או פנטאן שהנם בעלי טמפרטורת רתיחה נמוכה יחסית. במקרים אלו המים החמים נשאבים לפני האדמה, מחממים את המיכלים עם הגזים השונים והופכים אותם לגז המסובב את הטורבינות המייצרות חשמל.

הסרטון הבא מדגים כיצד פועלת תחנת כוח גאותרמית:

.

דרך נוספת לייצור חשמל גאותרמי פותחה במעבדה הלאומית לוס אלמוס בארה"ב ונמצאת עדיין בתהליך הפיתוח נקראת EGS. שיטה זו עשויה לתת מענה למקומות בהם אין מים, אולם ישנו מקור חום בקירבה יחסית לפני הקרקע, בעומק של כ-5 ק"מ ויותר. התהליך דורש ביצוע מספר קידוחים לעומק שבו מתקיימים תנאי הטמפרטורה הרצויה, החדרת מים לעומק הקרקע שם הם מתחממים או הופכים לקיטור והוצאת המים דרך צינור נוסף ישירות לטורבינות המייצרות חשמל. שיטה זו מתאימה לשימוש בכ-60% מפני כדור הארץ על פי אומדנים ויכולה להוות תחליף נקי וזמין לשימוש בדלקים מזהמים.

אנרגיה גאותרמית – הפן הישראלי

בשנת 2009 התגלה ברמת הגולן מקור גאותרמי ראשון בישראל שמתאים לייצור חשמל.

החברה הישראלית אורמת מפתחת ומנהלת תחנות חשמל גאותרמיות באתרים רבים בעולם. החברה הינה המפעילה השניה בגודלה בתחום האנרגיה הגאותרמית בארה"ב. בארה"ב כבר קיימת יכולת ייצור של מעל 3000 מגהוואט חשמל ממקורות גיאותרמיים המספקים חשמל ליותר ממיליון בתי אב, וישנם אתרים בפיתוח לייצור של יותר מ-6000 מגהוואט נוספים על פני חמש השנים הבאות.

אנרגיה הידרואלקטרית

המים על פני כדור הארץ נעים בתנועה מחזורית קבועה:

  • התאדות – כתוצאה מחום השמש, מים מתאדים מפני הימים, אוקינוסים, אגמים ונהרות
  • עננים – מים מתעבים והופכים לטיפות
  • משקעים (גשם, שלג, ברד) – מים חוזרים לקרקע
  • זרימה – מים זורמים מן היבשה אל הים

גובה המים מעל פני הים הוא פוטנציאל האנרגיה אותו אנו מנצלים להפקת חשמל.

.

אנרגיה הידרואלקטרית – אנרגיית מים

בתקופות קדומות עשו בני האדם שימוש בתנועה של מים להנעת גלגלי עץ לטחינת קמח.

כיום אנו יודעים להפיק אנרגיה מתנועה של מים במספר דרכים, כאשר הדרך הנפוצה ביותר והמשמשת כיום במרבית תחנות הכוח ההידרואלקטריות ברחבי העולם הינה ניצול זרימה של מים בנהרות. טכנולוגיות חדשות עושות שימוש בתנועת הגלים ואף בזרמים תת ימיים של הגאות והשפל.

.

אנרגיה הידרואלקטרית מזרימת נהרות

מרבית תחנות הכוח ההידרואלקטריות בעולם מנצלות את זרימת המים בנהרות, כלומר, ממירות אנרגיית גובה לאנרגיה חשמלית. אנרגיית הגובה (אנרגיה פוטנציאלית כובדית) של המים מומרים לאנרגית תנועה (אנרגיה קינטית) על ידי הפרשי המפלסים וכוח המשיכה של כדור הארץ. תנועת הזרימה מסובבת את הטורבינה שנמצאת בתחנת הכוח. תנועת הטורבינה מסובבת גנרטור (מחולל) המייצר אנרגיה חשמלית. כמות האנרגיה שמייצרת תחנת הכוח תלויה בכמות המים וההפרש בין המפלסים.

.

אנרגיה הידרואלקטרית מגלים

גלי ים נוצרים כאשר הפרשי לחצים וטמפרטורות גורמים לנשיבת רוח המעבירה אנרגיה לגלי הים. פוטנציאל האנרגיה הנובע מדחיסות הגבוהה בגלים נחקר בתשומת לב הולכת וגוברת בשנים האחרונות ומחקרים טוענים כי ניתן לספק עד 70% מצריכת החשמל העולמית בעזרת אנרגיה זו.

ישנם כיום מספר אבות טיפוס למתקנים לייצור אנרגיה מגלים הפעילים באופן מסחרי בקנה מידה קטן וחברות רבות משקיעות כעט מאמצים להגיע לפריצות דרך נוספות בתחום. הבעיות בהם מתמקדים המחקרים נובעות מהעובדה שקצב גלי הים משתנה באופן תמידי, ישנו חוסר יעילות בהמרת האנרגיה הקינטית של הגלים לחשמל והמתקנים צריכים לשרוד את תנאי הים הקשים במשך שנים רבות.

.

אנרגיה הידרואלקטרית מגאות ושפל

אנרגיה זו מתוכננת לנצל את זרמי הגאות והשפל להנעת טורבינות ולהפקת אנרגיה אולם ישנן עדיין מספר בעיות העומדות כיום בפני החוקרים. רוב האתרים המתאימים לניצול זרמים אלו מרוחקים מהמשתמשים הפוטנציאליים של החשמל המיוצר, עובדה המעמיסה עלויות גבוהות מאד בהקמת תחנת כוח מסוג זה ובהעברת החשמל המיוצר לצרכנים.

חברת "בלו אנרג'י קנדה" מוונקובר מתכננת פרויקט במצר סן ברנדינו, מול חופי הפיליפינים, שעלותו נאמדת בכ-2.8 מיליארד דולר והוא ולהשלמתו ידרשו 6 שנים. תחנת הכוח שתוקם תהיה הגדולה מסוגה בעולם ותייצר חשמל בהספק של 2.2 גיגהוואט.

פיתוח נוסף שנראה באופק הוא דור חדש של טורבינות קטנות בהספק של 3– 5 מגהוואט שמותאמות לעבודה מתחת לפני הים. טורבינות אלו ניתנות להקמה סמוך יותר למשתמשים.

.

אנרגיה הידרואלקטרית בישראל

בארץ יש מעט מאד מקורות מים וכמות המים הזורמת בנחלים אינה משתווה לזרימה בנהרות גדולים במדינות אחרות בעולם. בכל זאת הוקמו לאורך השנים מספר תחנות הידרואלקטריות קטנות לאורך מקורות הירדן, כאשר הראשונה, שאינה פעילה כיום, הוקמה בנהריים ב-1921 ביוזמתו של פנחס רוטברג.

במצד עתרת המצוי כ-500 מטרים דרומית לגשר בנות יעקב, הוקמה תחנה הידרו-אלקטרית לייצור חשמל מניצול הפרשי גובה לאורך קטע מן הירדן ההררי. התחנה פועלת מדצמבר 1991, והיא מצטרפת לכמה תחנות הידרו-אלקטריות קטנות ממנה, הפועלות זה שנים מספר לאורך מקורות הירדן ומפיקות חשמל נקי, בלי זיהומי מים, קרקע ואוויר. התחנה מפיקה הספק של כ- 14,000,000 קילוואט שעה לשנה ומופעלת על ידי עובד אחד במשרה חלקית.

החיפוש אחר מקורות אנרגיה נוספים הוליד את פרויקט "תעלת הימים ". הפרויקט מדבר על הזרמת כמויות גדולות של מים מהים התיכון ו/או מים סוף לים המלח תוך ניצול הפרשי הגבהים שבין הימים (כ-400 מטר) ליצירת חשמל בכמויות גדולות. הרעיון לפרויקט עלה עוד בימי הרצל בשנת 1896 והדיונים לגביו מתחדשים מדי כמה שנים עד היום.

אנרגיית רוח ירוקה בישראל ובעולם

אנרגיית רוח מיוצרת על ידי ניצול תנועת האויר (אנרגיה קינטית) להנעת מערכות מכניות כגון טורבינות לייצור חשמל.

כיצד נוצרת רוח

אנרגיית הרוח נוצרת כתוצאה ישירה מאנרגיית השמש שמגיעה לכדור הארץ.

הפרשי לחצים באטמוספירה של כדור הארץ יוצרים תנועה של אויר ממקום של לחץ גבוה למקום של לחץ נמוך כדי להשוות לחצים, את תנועת האויר אנו מכנים רוח. הפרשים בלחץ האטמוספרי נגרמים כתוצאה ממערכת מורכבת של פרמטרים אקלימיים, כמו סיבוב כדור הארץ סביב צירו, הבדלי יום ולילה, קיום יבשות וימים, מידת הלחות באויר ועוד. הגורם המשפיע ביותר על הפרשי הלחצים האטמוספרים הוא החימום הבלתי אחיד שמתקבל מפגיעת קרני השמש במקומות שונים על פני כדור הארץ. חימום שונה של יבשות וימים יוצר טמפרטורות שונות במקומות שונים באטמוספירה וזהו הגורם העיקרי להפרשי הלחצים.

שימוש באנרגיית רוח

עוד בתקופות קדומות עשו בני האדם שימוש באנרגיית רוח, בשימוש בסירות ואניות מפרש, טחנות קמח ושאיבת מים להשקיית השדות.

כיום אנו יודעים להשתמש בתכונות של הרוח כדי לייצר חשמל באמצעות טורבינות רוח. הרוח פוגעת בלהבי הטורבינה וגורמים להם להסתובב סביב ציר. הציר מחובר לתמסורת גלגלי שיניים המסתובב כתוצאה מסיבוב הלהבים. התמסורת מגדילה את מהירות הסיבוב ומעבירה את התנועה הסיבובית אל הגנרטור הממיר את האנרגיה הקינטית של הסיבוב לאנרגיה חשמלית.

בסרטון הבא ניתן לראות הדגמה תלת מימדית של איך טורבינת רוח מייצרת חשמל:

כדאיות שימוש באנרגיית רוח בישראל

מיקום טורבינת רוח ומשטר הרוחות בסביבתה הם הפרמטרים העיקריים הקובעים את הספק החשמל שניתן לייצר. ההבדל בייצור על פי עוצמת הרוח משמעותי מאד, ההספק המופק יחסי לחזקה השלישית של מהירות הרוח.

טורבינת רוח ממוקמת כראוי מסוגלת להחזיר את ההשקעה אחרי 3-6 שנים.

הבעיה הכלכלית העיקרית הקשורה לטורבינות רוח הנה ההשקעה הראשונית הגבוהה של רכישת והתקנת הטורבינות אשר מהווה אחוז גבוהה (עד 80%) מסה"כ ההוצאות הנדרשות ומתפרסת למשך זמן קצר יחסית. לצורך השוואה – עיקר ההוצאות בתחנות כוח הפועלות על דלקים מחצביים הן על דלקים שהתשלום עליהם מתפרס למשך זמן ארוך אשר מושפע מאורך חיי התחנה וכמות הצריכה.

אנרגיית רוח בישראל

בשנת 1992 נחנכה חוות טורבינות הרוח הראשונה בישראל בתל עסניה שברמת הגולן. חווה זו כללה 10 טורבינות המספקות כל אחת 600 קילו-וואט שעה (הספק המשמש צריכה של כ-500 משפחות) וגובה כל אחת 50 מטרים (כולל הלהבים). סה"כ מייצרת תחנת הכוח בתל עסניה 6 מגהוואט חשמל המספקים חשמל לכ-5000 משפחות.

מאז הוקמה טחנת רוח נוספת בבית יתיר אשר בהרי יהודה, אך לא נרשמה כל התקדמות משמעותית בתחום זה ולא קמו טחנות רוח משמעותיות נוספות עד היום.

על פי נתונים רשמיים שהתפרסמו בשם מדינת ישראל בשנת 1998, פוטנציאל האנרגיה שניתן להפיק בישראל מהרוח עומד על כ-600 מגהוואט, הספק שווה ערך לכ-100 טחנות רוח כמו זו שהוקמה בתל עסניה.

אנרגיית רוח בעולם

בכל שלוש שנים מוכפלת כמות ייצור החשמל באמצעות טורבינות רוח בעולם. בשנת 2009 חל גידול של 31.7% בהספק המותקן וסך כל ההספק שיוצר במהלך שנה זו הגיע ל-340 טרהוואט של חשמל, כמות השווה לכ-2% מהצריכה העולמית של חשמל ומספיקה למדינה כמו יוון, הכלכלה השביעית בגודלה בעולם, למשך שנה שלמה. בשנת 2009 הוערך השוק העולמי בכ-50 מיליארד דולר, מעסיק מעל חצי מליון בני אדם וצפוי להעסיק מעל מיליון בני אדם עד שנת 2012.

המדינה בעלת הצמיחה הגדולה ביותר בתחום הינה סין אשר בשנת 2009 התקינה 13,800 מגהוואט, יותר מהכפילה את סך ההספק המותקן זו השנה הרביעית ברציפות ובכך עברה את גרמניה ונכנסה למקום השני אחרי ארצות הברית בסך ההספק המותקן.

סוגי טורבינות רוח ונצילותן:

נצילות הטורבינה – היא היחס בין האנרגיה של הרוח העוברת בין מדחפי הטורבינה, לבין כמות האנרגיה המופקת באותה טורבינה בפועל על ידי המדחף באותו הזמן. יחס זה נמדד באחוזים.

טורבינת רוח ציר אופקי

טורבינת רוח ציר אנכי