דפים

2 באוקטובר 2014

האופי התזזיתי של האנרגיה המתחדשת

הנה עוד נתונים על אספקת האנרגיה המתחדשת בגרמניה. הבעיה הגדולה עם אנרגיה מהשמש והרוח, מלבד מקדמי תפוקה נמוכים (כלומר פועלים חלק קטן מהזמן) היא האופי התזזיתי -  intermittent – כלומר: הם פועלים לסירוגין, פעם כן ופעם לא, ואין לנו לא שליטה ולא ידיעה מראש על הזמנים בהם תהיה אנרגיה זו זמינה. הדבר מאלץ את מפעילי הרשת לתמרן תמרונים חדים ופתאומיים ותזזיתיים עם מקורות האספקה הרגילים (גז ופחם) כדי למנוע מחסור בחשמל או עודף שעלול לגרום נזק לרשת. כלומר: חייבים להדליק ולכבות, לסירוגין, ולעיתים קרובות תחנות אחרות כדי לאזן את האספקה המתחדשת.
הנה נתונים כלליים על אספקת האנרגיה בגרמניה בשנת 2013:

Slide 5 Electricity production 2013. Total production is 479.4 TWh. Wind = 9.85%, Solar = 6.60%, Hydro = 3.21%.
והנה גרף האספקה היומית של אנרגיה סולארית
אנו רואים שיש חודשים, בחורף, שהאספקה אפסית, אבל גם בקיץ – השינויים מיום ליום גדולים, בגלל העננות. מה שלא רואים בגרף זה, אבל ידוע, זה השינויים בין השעות בתוך אותו יום. אנו יודעים שאין הפקה של חשמל סולארי בלילה, אך לעיתים קרובות חולפים עננים בשמיים ואין אספקה גם ביום, בלי הודעה מוקדמת.
גם הרוח תזזיתית מאד, כפי שרואים בגרף הבא (וגם בו אין רואים את ההבדלים בשעות השונות בתוך יום אחד).

שורה תחתונה: המקורות הרגילים נאלצים לתמרן חזק כדי לאזן את האספקה של המקורות המתחדשים, כפי שרואים בגרף הבא:


תחנות כוח פחמיות וגזיות במחזור משולב לא ניתן להדליק ולכבות כול כמה שעות (לכבות ביום ולהדליק בלילה). הן פועלות ביעילות מקסימלית כאשר הן פועלות 24 שעות רצוף – אחרת מתבזבז הרבה זמן ודלק בחימום ההתחלתי של הדוודים.

אז כיצד מתבצע ה"איזון" של הרשת מול השמש והרוח? יש כמה אפשרויות:

1. מפסיקים ומפעילים לסירוגין תחנות כוח הידרו. זאת ניתן לעשות בקלות על ידי פתיחה וסגירה של מגוף המים. אבל אז, חשמל סולארי ורוחני מחליף הידרו שאינו פולט פד"ח, והינו גם כן "מתחדש" ולא הרווחנו כלום.
2. מפעילים טורבינות גז במחזור פתוח. אלה ניתנות להדלקה וכיבוי לסירוגין. הבעיה היא שהן צורכות דלק בכ 50% יותר מטורבינות במחזור משולב. החיסכון בדלק ופליטות שהשמש והרוח מאפשרים מתבזבז על שריפה עודפת של דלק בתחנות המאזנות.
3. משתמשים בתחנות פחמיות לצורך איזון – כפי שעושים לרוב בגרמניה, בגלל המחיר הנמוך יותר של הפחם. אבל, תחנות פחמיות לא ניתן לכבות ולהדליק כול כמה שעות – אז מה עושים? משאירים אותן דלוקות גם כאשר לא משתמשים בחשמל שלהן. הרשת מחויבת על ידי החוק לרכוש את כול החשמל סולארי והרוחני המופק, בעדיפות, לפני התחנות האחרות. לכן יש שעות במשך היום בהן התחנות הפחמיות לא יכולות לספק חשמל לרשת. אבל הן יודעות שהשמש תשקע, או הרוח תשכח, ואז החשמל שלהם יידרש.  אז הם משאירים את האש דלוקה והקיטור חם (אולי בלהבה נמוכה יותר – כלומר שורפים קצת פחות דלק) ומנתקים רק את הגנרטור. יוצא שהתחנות, למרות שלא מספקות חשמל, כן צורכות דלק ופולטות פליטות. שוב לא חסכו השמש והרוח פליטות.
4. דרך רביעית לאיזון הרשת הוא על ידי יבוא-יצוא של חשמל לארצות שכנות. מייצאים חשמל כאשר הרוח נושבת והשמש זורחת, מייבאים בשעות האחרות.


השימוש ביבוא-ייצוא מראה שגרמניה אינה מסוגלת לאזן את האנרגיה המתחדשת שלה, אלא בעזרת ארצות אחרות, שבהן יש פחות אנרגיה מתחדשת תזזיתית.
5. הדרך החמישית היא שימוש באגירה שאובה של אנרגיה. הדרך הזו מאד מוגבלת מבחינה כמותית על ידי מספר המתקנים הקיימים והאפשריים. היא גם כרוכה באיבודי אנרגיה ניכרים, בדרך.
כול בעיות האיזון הקשות האלה מתרחשות כאשר האספקה משמש היא רק 6.6%, ומרוח פחות מ 10%.
על פי הנתונים שלעיל ברור, שאם אומרים ש "17% מהחשמל הופק משמש ורוח, מקורות שאינם פולטים פד"ח" - אין פירושו שהייתה הקטנה בפליטות (מייצור חשמל) בשיעור של 17%. ההפחתה הייתה הרבה יותר קטנה, בגלל הסיבות שצייתי למעלה. אולי חצי מזה.

עוד ברור שיש גבול עליון לכמה חשמל תזזיתי ניתן לשלב ברשת, ונראה שגרמניה לא רחוקה מהגבול הזה, באחוזי החדירה של היום. הדיבורים על הפקה של 50% או 80% מהחשמל ממקורות מתחדשים הם בלתי מציאותיים.


יעקב

3 תגובות:

אנונימי אמר/ה...

שאלה:
אני רואה לא מעט את הנתון בבלוג (וראיתי אותו גם בעבר במקומות אחרים) על כך שתחנות כוח פחמיות צריך להפעיל כל הזמן, ולא יעיל לכבות ולהדליק בהתאם לצורך. האם אפשר לקבל יותר פירוט בנושא? (כמה זמן לוקח מהפעלת התחנה עד שהיא יכולה לספק חשמל בתפוקה מקסימלית, כמה פחם נשרף בדרך וכו'), ואם אפשר גם את המקבילה בנוגע לגז?
אני מעדיף לדעת מעט יותר בתחום הזה, ואיני יודע איפה למצוא נתונים מוצקים בנושא הזה.
תודה!

יעקב אמר/ה...

תחנות כוח פחמיות לוקח להן בין 4 ל 8 שעות להגיע ממצב קר לתפוקה מלאה של חשמל. תלוי בגודל התחנה ובטכנולוגיה שלה.
טורבינות גז דומות למנוע סילון של מטוס, ניתן להדליק אוצן לתפוקה מלאה תוך 10-15 דקות אבל הן שורפות הרבה דלק.
תחנות כוח על גז במחזור משולב הן יותר יעילות אבל יש בהן מחזור של חימום מים והפקת קיטור, וזה לוקח זמן.

ראה כאן:
http://www.reuters.com/article/2013/11/19/coal-power-generation-idUSL5N0J42YG20131119

וגם כאן: http://www.nrel.gov/docs/fy14osti/60575.pdf

אנונימי אמר/ה...

תודה רבה!