דפים

25 באוגוסט 2017

מושגים כמותיים על אנרגיה.


המושג של אנרגיה הוא קצת מופשט, אנשים בדרך כלל לא ממש קולטים את הכמויות האדירות של אנרגיה שחברה מודרנית צורכת. הקטע שבקישור מנסה להמחיש קצת את הכמויות והגדלים.

החישוב מתייחס ל 7 חומרים בסיסיים שבשימוש האנושות: פלדה, אלומיניום, כרום, נחושת, מנגן, מלט וזכוכית. הטבלה מפרטת מה הכמות (במיליוני טונות) של כול אחד מהחומרים האלה שהשתמשו בה ב 2010. היא גם מפרטת את כמות האנרגיה הדרושה בתהליך הפקת חומרים אלה (החל מכרייה, הובלה, התכה ועיבוד).

הפקת חומרים אלה הוא, כמובן, רק אחד מהשימושים הרבים של האנרגיה על ידי האנושות.
כדי להבין את הגודל של המספר הזה – 1.66 כפול 10 בחזקת 13 קוט"ש – הולך המחבר ומחשב כמה מתקנים מסוגים שונים דרושים כדי להפיק כמות כזו של אנרגיה.



קחו למשל חוות לוחות שמש ענקית – חוות טופז, במדבריות דרום קליפורניה שיש בה 9,000,000 לוחות שמש, בתפוקה נומינלית (כאשר השמש זורחת) של 550 GW, ותפוקה שנתית של כ 1.3 TWh חשמל. החווה מתפרסת על פני כ 25 קמ"ר שטח.
כדי להפיק את כמות האנרגיה הדרושה עבור החומרים שציינו למעלה צריך 12,760 חוות כאלה (שנים עשר אלף ! +), כלומר כ 115 מיליארד לוחות, ושטח של כ 319,000 קמ"ר כלומר כמעט כשטחה של כול גרמניה, או קצת יותר משטחה של פולין.
אם רוצים להפיק את האנגיה מרוח – ניקח לדוגמה את חוות הטורבינות שפרדס פלאט:

בחווה זאת 338 טורבינות, בכושר ייצור כולל (כאשר הרוח נושבת) של 845 MW. הייצור השנתי שלה הוא: 2 TWh. השטח שלה 80 קמ"ר.
כדי להפיק את כמות האנרגיה הדרושה עבור החומרים שציינו למעלה צריך 8300 חוות כאלה (שמונת אלפים שלוש מאות!), כלומר כ 2,800,000 טורבינות, ושטח של כ 664,000 קמ"ר כלומר יותר משטחה של כול צרפת או כול ספרד.
מיותר לציין שלוחות שמש וטורבינות רוח מפיקים חשמל לפעמים, כלומר – בצורה תזזיתית, כאשר הרוח נושבת והשמש זורחת. כול מתקני ההפקה של המתכות (מכרות, תנורי התכה) לא יכולים לעבוד לסירוגין, כמה שעות כן וכמה שעות לא, הם חייבים לעבוד רצוף. לכן – לא חשוב כמה מיליארדים של לוחות שמש תתקין או כמה מיליונים של טורבינות רוח – מקורות אלה אינם מסוגלים לספק את האנרגיה הדרושה.

יעקב

4 תגובות:

Eyal Ofri אמר/ה...

1. תיקון קטן: מדובר על 550 MW ולא 550 GW כמו שרשום.
2. ניתן להוסיף סוללות לחוות הסולאריות כך שיעבירו חשמל בקצב יחסית אחיד וצפוי. כמובן שמדובר על עלות נוספת לא מבוטלת, אך מחיר הסוללות יורד בקצב גבוה בשנים האחרונות.
3. היה יכול להיות נחמד לקבל השוואה למקורות האחרים. כלומר, כמה מפעלי פחם כמו שיש באשקלון צריך בשביל לעמוד בדרישות האנרגיה של העולם וכמה שטח זה היה דורש.

יעקב אמר/ה...

1.אתה צודק, הייתה שגיאה, המספר הנכון הוא כמובן 550 MW (ולא GW).
2. "ניתן להוסיף סוללות" - השאלה כמותית. אתה יכול להוסיף סוללות כדי להפיק - נניח - 1/2 MW חשמל במשך - נגיד שעה או שעתיים.
החווה הסולארית מפיקה 500 MW חשמל - 20% מהזמן (כלומר - ללא לילות וימים מעוננים). אתה לא יכול להתקים סוללות שיספקו כמות כזאת של שחמל כאשר השמש לא זורחת - כלומר שתבטחנה אספקה סדירה של חשמל 24 שעות. האם אפשר להפיק 100 MW רצוף? לא ולא. אין סוללות כאלה.

"המחיר של הסוללות יורד" ... הכול יחסי. כן יורד מעט. רחוק מאד מלרדת לרמה שיהפכו למעשיות. אין ארוחות חינם. אין בטריות בחינם...
3. השוואה למקורות אחרים: הנה החווה בטופז שמפיקה 550 MW משתרעת על פני 25 קמ"ר, והיא מפיקה כמחצית מהתפוקה של תחנת פחם רגילה שתופסת שטח של אולי 10 דונם (ואולי פחות). ובנוסף - תחנת הפחם מפיקה חשמל כול הזמן, וחוות הלוחות הסולאריים - רק 20% מהזמן.

Eyal Ofri אמר/ה...

- מחירי הסוללות ירדו ב ~80% ב 7 השנים האחרונות. זו ירידה משמעותית ולא רק "מעט" כמו שרשמת. מחיר הסוללות והלוחות הסולאריים צריך לרדת כנראה בעוד כמה עשרות אחוזים לפני שיהפוך לפתרון הזול ביותר, אבל הקצב בשנים האחרונות היה גבוה מאוד.
https://electrek.co/2017/01/30/electric-vehicle-battery-cost-dropped-80-6-years-227kwh-tesla-190kwh/

- פרוייקט סוללות של 100MW נמצא כעת בבנייה באוסטרליה, כך שכמובן שהדבר אפשרי.
https://www.theguardian.com/australia-news/2017/sep/30/elon-musks-big-battery-for-south-australia-already-half-complete

יעקב אמר/ה...

לא חשוב כמה יירד מחיר הבטריות (הסוללות) ומחיר לוחות השמש - הוא לא יירד לאפס. וגם אם מחיר הסוללות ולוחות השמש היה אפס - אי אפשר לבנות מערכת אספקת חשמל מבוססת רק על השמש וסוללות.

"פרוייקט סוללות של 100MW נמצא כעת בבנייה באוסטרליה, כך שכמובן שהדבר אפשרי"

שוב - חוסר הבנה כמותית.
כן, הסוללות באוסטרלי יהיו מסוגלות לייצר 100 MW חשמל, אבל דרום אוסטרליה (שם הותקנו הסוללות) צורכת כ 1500 MW (בממוצע). והסוללות מסוגלות לספק אותם 100 MW במשך כ 4 דקות, אוח"כ הן התרוקנו. הכמות הכוללת של חשמל (הספק כפול זמן) היא בערך אפס. הסוללות של אוסטרליה הן מבצע ביחסי ציבור, ואין בהם שום תועלת מעשית. ולבנייתן עבד הג'יגאפאקטורי (בית החרושת הענקי שאילון מאסק הקים מכספי משלם המיסים של נבאדה) - במשך 6 חודשים... כדי לייצר את הבטריות ה"זולות"...

מי שמדבר על בטריות כאמצעי אגירת אנרגיה בכמויות הדרושות לרשת החשמל אינו מבין הבנה כמותית. זה כמו לנסות לאגור מים במימיה כדי להשקות את כול שדות החיטה של הנגב.
אלון מאסק, שהוא מהנדס במקצועו ואמורה להיות לו הבנה כמותית, מוכר לוקשים ביודעין, וציבור החסידים השוטים שאינם מבינים דבר בקטע הטכני-כמותי קונים את הלוקשים.