דפים

30 ביוני 2020

האם לוחות שמש מועילים?

"עץ סולארי" במתחם הבורסה ליהלומים בר"ג, צילום: dr. avishai teicher (ויקיפדיה)

בקטעים קודמים אחדים כתבתי שלוחות השמש (פאנלים סולאריים) עולים ביוקר ולא מועילים הרבה. 

הדעה השכיחה היא "אנרגיית השמש היא חינמית ונקייה, מטמטמים! למה לא עוברים לשמש?" "מצווה להשתמש בכמה שיותר אנרגיה סולארית, יעלה כמה שיעלה" ו - "כל גרם דלק שנחסך וכל גרם פליטות וזיהום אוויר מציל עולם ומלואו". זו דעה רומנטית-רגשית שמבוססת על אמונה בבטן (או על אידאולוגיה) ולא על חישוב מעשי-כמותי ועובדות. דעה יותר סבירה הביע דוד בתגובה לכתבה: "הטענה היא שלוחות השמש מסייעות לספק חלק מהביקוש, בעיקר בשעות השיא (10-17) והן עושות זאת בצורה נקייה יחסית". נכון, הן מסייעות לספק חלק מהביקוש, ובצורה נקייה יחסית (הזיהום נשאר בסין, ארץ יצור הפאנלים). הבה נבחן איזה חלק מהביקוש יכולים לוחות השמש לספק.

הנה חישוב גס ומקורב. צריכת החשמל כעת , לפי שעות היום, היא בערך כזו (נתוני אמת): בשעות הלילה המאוחרות ( 12 בלילה עד 8 בבוקר בערך) הצריכה היא הקטנה ביותר ועומדת על כ 7 ג'יגוואט. הצריכה בשעות היום ( 8 - 16) היא הגבוהה ביותר כי כל בתי החרושת והמשרדים עובדים וכולם גם מפעילים מיזוג אוויר. הצריכה בשעות אלה היא כ 10-12 ג'יגוואט, נניח לצורך החישוב - 12 ג'יגוואט. (נתעלם מתנודות עונתיות, ומירידה בצריכה בסופי שבוע וחגים). בשעות הערב ( 16-24) כולם בבית, מפעילים מכשירים ביתיים, והצריכה היא בערך 10 ג'יגוואט. יש שיאי צריכה שמגיעים עד 13.5 ג'יגוואט בימים מאד חמים, אחה"צ, ובימים מאד קרים בערב (כאשר כולם מפעילים חימום).  נתעלם בחישוב שלנו משיאים אלה שנמשכים שעות מעטות יחסית ואינם משנים את התמונה.

בשעות היום (8-16) יכלה השמש לכאורה לספק את כול צרכי החשמל. אבל זה לא ככה. חייבים גם בשעות אלה להפעיל תחנות כוח רגילות (על גז או פחם) כי הן נותנות אינרציה (יציבות) למערכת. וגם - לא יכולים לכבות את מרבית התחנות ביום ולהדליק בלילה, כי לוקח זמן להתניע תחנה. אז נניח שתחנות רגילות (פחם או גז) פועלות 24 שעות רצוף  - הפעולה הרגילה, המתוכננת והיעילה ביותר שלהן - בהיקף של צריכת המינימום הלילית - 7 ג'יגוואט. תחנות אלה יספקו 7 כפול 8760 שעות בשנה = כ 61,300 ג'יגהוואט-שעה שהם 61.3 טארה-וואט-שעה (או   טו"ש).

לוחות השמש יספקו את תוספת החשמל של צריכת היום פחות צריכת הלילה כלומר 12-7 = 5 ג'יגהוואט, במשך 8 שעות (8-16) - זה 5 כפול 8 כפול  365 יום. אבל, בחורף, נניח שיש כ 30 יום מעוננים ללא שמש  גם בשעות היום - אז יש לנו 5 כפול 8 כפול 335 יום = 13.4 טו"ש חשמל מהשמש בשנה. 

התחנות הרגילות (פחם וגז) מספקות את החשמל בערב (16-24) - ההפרש בין 7 עד 10 כלומר: 3 ג'יגהוואט כפול 8 שעות כפול 365 יום = 8.76 טו"ש ועוד ימים מעוננים - 8 כפול 5 כפול 30 יום = 1.2 טו"ש יחד 8.76+1.2 = בערך 10 טו"ש.

הייצור הכולל הוא 61.3 + 13.4 + 10 = 84.7 טו"ש. בפועל צריכת החשמל בשנת 2019 הייתה רק 72.5 טו"ש - במודל שלנו לא לקחנו בחשבון את הצריכה המופחתת בסופי שבוע וחגים, וגם הגזמנו בצריכה הממוצעת ביום (12 ג'יגהוואט) - אבל זה פועל לטובת השמש כי הנחנו צריכה גדולה יותר בשעות השמש. נמשיך עם המספרים של המודל שלנו - שהם קרובים למציאות ונותנים תמונה יחסית נכונה. השמש יכולה לספק 13.4 /  84.7      = כ 16% מהחשמל.

החישוב הזה מראה שניתן (בערך) לשלב כ 5 ג'יגהוואט חשמל סולארי ברשת אספקת החשמל הקיימת ללא שיבושים קשים  ובצורה די מועילה (אם נתעלם מהמחיר). השוו את המספר הזה ל 3.2 ג'יגוואט הספק סולארי מותקן כבר לסוף שנת 2020 ולתכנית משרד האנרגיה להתקין כ 16 ג'יגאוואט (כולל) עד שנת 2030.  בזמן שכ 5 ג'יגוואט סולארי ניתן לקלוט, הרי 16 ג'יגוואט לא ניתן לקלוט ללא אגירה, כפי שהבדיקה של משרד האנרגיה מאשרת.

המודל שלנו מתעלם מאפשרות אגירת חשמל - אפשרות שלא קיימת למעשה בכמויות משמעותיות. בארץ בנו שני מתקני אגירה שאובה (מים), בגלבוע וכוכב הירדן, בהספק כ 644 מגהוואט שהם כמות קטנה ביחס ל 5,000 מגהוואט ייצור סולארי או 12,000 צריכה לפי המודל שלנו. מתקני האגירה נועדו לאגור אנרגיה בשעות הלילה, בהן תחנות הכוח הרגילות עובדות ומספקות יותר חשמל מאשר דרוש, כדי להשתמש בחשמל שנאגר בשעות צריכת השיא (בצהריים או בערב, לפי העונה). אבל - הכמות קטנה ולא משנה באופן מהותי את החישוב למעלה.  לא יבנו בארץ עוד מתקני אגירה שאובה, הם יקרים מדי, וגם אין בארץ טופוגרפיה מתאימה (הרים) ומים (נהרות). אגירת מים שאובה מהווה 95% ממתקני אגירה בעולם, ומבוססת על סכרים הידרואלקטריים שנבנו בשנות ה 1950-70, במקומות בעלי טופוגרפיה מתאימה. שיטת אגירה אחרת - בבטריות - קיימת בעולם בהספקים מאד נמוכים (10-40 מגהוואט כול מתקן) לצורך וויסות הרשת ולא לצורך אספקה של ממש . כלומר מטרתם למנוע ניתוק זרם בעת נפילה פתאומית של היצור הסולארי או הרוחני עד שניתן להתניע תחנות רגילות פחמיות. האם בעתיד יהיו אמצעי אגירת אנרגיה יותר גדולים ומעשיים? אולי. אבל את הדיון עליהם נקיים כאשר יהיו קיימים. היום לא קיימים אמצעי אגירה בהיקף משמעותי. אין לבסס מערכת אספקת חשמל על מתקני אגירה דמיוניים או טכנולוגיה שלא קיימת עדיין.

ויש עוד. אם נניח שלוחות השמש תספקנה 16% מהחשמל (המקסימום האפשרי) - אין פירוש הדבר שהם חוסכים 16% מהדלק של הפקת החשמל ולכן 16% מהפליטות והזיהום. השילוב של החשמל הסולארי גורם לתחנות כוח קונבנציונליות (גז ופחם) לפעול ביעילות מוקטנת, בשל הצורך לכבות ולהתניע בתדירות גבוהה, לפי התכתיבים של שילוב חשמל סולארי. כלומר- התחנות הרגילות תשרופנה יותר דלק לכול קוט"ש (והן מספקות 84% מהחשמל) והחיסכון הכולל בשריפת דלק ובפליטות יהיה פחות מ 16% (במגזר החשמל). וגם - חיסכון של 16% בצריכת דלק לחשמל הוא חיסכון של רק אולי 6% בצריכת הדלק הכללית בארץ, היות שרק כ 40% מהדלק ששורפים בישראל שורפים על הפקת חשמל (שאר הדלק נשרף בתחבורה, תעשייה וחימום בתים).

לבסוף: תשכחו מסיסמאות רגשניות וריקניות נוסח: "נגמר עידן הדלק, מעכשיו עוברים לאנרגיות מתחדשות". בול שיט.  כי השמש מפיקה חשמל מקסימום 20% מהזמן. כי החשמל הסולארי אינו חוסך צורך והשקעה בבנייה תחנות כוח רגילות. כושר תפוקה רגיל, בהיקף מלא נחוץ כדי לספק את החשמל כאשר השמש לא זורחת. והשמש דורשת שטחים ענקיים (143 אלף דונם או 300 קמ"ר) שאינם בנמצא בקלות בארצנו הצפופה, ויש להם שימושים חליפיים.    וגם נשאלת השאלה אם חכם לרצף את כול ארצנו בלוחות שמש, ומה יעשו איתם - עם מיליוני מ"ר של פסולת לוחות - לאחר 20 שנה כאשר תפוקתן יורדת?

לסיכום: השמש "החינמית והנקייה" - יכולותיה מוגבלות מאד, ויש לה השלכות סביבתיות וכלכליות כבדות. האם כדאי להתקין אותם 5 ג'יגהוואט כושר ייצור סולארי שניתן לשלב במערכת אספקת חשמל? אולי כן ואולי לא, אינני יודע. מעל 90% מהאנרגיה שלנו תבוא מהפחם, הגז והנפט, בעתיד הנראה לעיין (לפחות 50 שנה). השמש אינה המשיח.

יעקב

 

 


3 תגובות:

יעקב אמר/ה...

תיקון.
בישראל יש כ 300 ימי שמש בשנה ולא 335 כמו שהנחתי. כלומר: אפשר לייצר (לפי המודל שלי) רק 8 כפול 5 כפול 300 = 12 טו"ש חשמל סולארי.
אחוז הסולארי האפשרי הוא לכן 12 / 84.7 = בערך 14% בלבד.

יעקב אמר/ה...

תיקון מס' 2:
על פי המודל השמש מספקת חשמל במשך 8 שעות כפול 300 יום = 2400 שעות בשנה. אנו יודעים בוודאות שזה לא נכון. השמש מספקת חשמל כ 1750 שעות בשנה. לכן נתקן את המודל ונניח ששעות היום (שעות אספקת השמש) הן 10-16 - כלומר 6 שעות ביום, וכפול 300 ימים זה 1800 שעות בשנה - מתאים למציאות.
לפיכך השמש מספקת 5X6X300 = 9 טו"ש. האספקה בשעות הערב + 8-10 בבוקר היא 10 שעות ביום כפול 3 GW כפול 365 יום = כ 11 טו"ש. + 65 יום (ללא שמש) כפול 6 שעות כפול 5 ג' = כ 2 טו"ש.
ס"ה = 61.3 + 9 + 11 + 2 = 83.3 והחלק של השמש הוא 9 / 83.3 = בערך 11%
אמור מעתה: השמש יכולה לספק (ללא אגירה) רק כ 11% מהחשמל.

יאיר שפי אמר/ה...

האם אתה נגד אנרגיה גרעינית? גרמניה ודנמרק מצליחות להפיק כל כמות של אנרגיה מפאנלים סולאריים שמתקינים אצלן, רק כי הן משלימות את החשמל החסר, כשהשמש והרוח נחות, מחשמל שמופק בכורים גרעיניים בצרפת.