דפים

11 ביולי 2020

אגירת אנרגיה?

אגירת חשמל הפכה לאחרונה לסיסמא שכיחה ואופנתית אצל המטיפים הירוקים. אחרי 15-20 שנה של הטפות בלתי פוסקות לאנרגיה מתחדשת, "אנרגיית השמש היא זולה ונקייה" - והתקנת 627 GW לוחות שמש  (מעל 4 מיליארד מ"ר - בעולם כולו) ללא אגירה, המטיפים הירוקים התחילו להבין (אולי) את העובדה שהשמש מפיקה חשמל רק כ 8-20% מהזמן, ולכן חייבים באותה הטפה לכלול גם את המילה "אגירה". הם זורקים את המילה "אגירה" בלי להבין מה זה. הנה, למשל, משפט של המטיף הירוק "ולצד פיתוח של פנאלים סולאריים וטורבינות רוח, התפתחו גם טכנולוגיות אגירה, שמאפשרות אספקה רציפה והדירה של חשמל בכל שעות היממה ולאורך כל השנה." זהו קשקוש חסר שחר שאין לו כול אחיזה במציאות. ננסה לבדוק ולפרט.

ראשית אציין שאגירת אנרגיה (חשמל) היא לא צורך חדש שהופיע לאחרונה בקשר לאנרגיה מתחדשת  שו"ר (שמש ורוח). מאז החלו להקים תחנות כוח בסוף המאה ה 19 היה ברור שגנרטורים עובדים ברציפות, ומפיקים הספק קבוע, בעוד הצריכה משתנה ותנודתית, ולכן דרושה אגירה שתוכל לווסת בין האספקה הקבועה והצריכה המשתנה. כולם ידעו תמיד שאגירה זה דבר נחוץ ורצוי. למרות זאת לא נמצא אמצעי אגירה בנפח משמעותי עד היום. האמצעי היחיד הקיים (בנפחים משמעותיים) הוא אגירת מים בגובה - או תחנות כוח הידרו-אלקטריות המבוססות על סכר + מאגר מים + טורבינות מפיקות חשמל ממפלי מים. לזה אפשר גם להוסיף שאיבה - כלומר אגירה שאובה. כ 95% מנפח אגירת האנרגיה הקיימת ומותקנת היום בעולם היא סכרים הידרו עם או בלי שאיבה. סכרים אלה נבנו בשנים 1950-80 בערך, והם תלויים בטופוגרפיה. על אגירה בסכרים כתבתי בקטע קודם. היום כבר לא בונים סכרים (כמעט), היות והם נחשבים מזיקים לסביבה, ונפח האגירה השאובה הקיים הוא קטן (כ 2% מהצריכה) ולא עומד לגדול בעתיד. בהמשך הקטע אכתוב על אגירה באמצעות סוללות או מצברים או בטריות - שזה הנושא האופנתי היום, ונושא קטע זה.

כשמדברים על אגירה (במצברים) צריך להבחין ב 3 סוגים: 1. מצבר ביתי פרטי - behind the meter, מאחורי המונה, מותקן בבית (או מפעל) פרטי, בדרך כלל בשילוב לוחות שמש, ונמצא בשליטת הצרכן הבודד. לדוגמה: ה   Powerwall   של טסלה .  2. מתקן מצברים גדול הצמוד למתקן הפקה מתחדש (שמש או רוח) ופועל בתיאום איתו (למשל - המתקן האוסטרלי .3   מתקן מצברים גדולבעלות חברת החשמל ומופעל על ידה. לכול סוג מטרות ודרישות שונות שנפרט בהמשך.

מצבר פרטי behind the meter אינו רעיון רע. הרעיון הוא לטעון את המצבר ביום מלוחות שמש ולהשתמש בחשמל בלילה כאשר החשמל דרוש אבל אין שמש. מתקן כזה יקטין את השימוש בחשמל מהרשת ויקטין את חשבון החשמל. הבעיה היא שהמצבר בעל קיבולת מוגבלת, מספיק אולי לתאורה, טלוויזיה ומקרר, אבל לא מספיק למכשירים הצורכים הרבה חשמל כמו תנור אפיה, דוד חימום, מזגן או מכונת כביסה. וגם - יש ימים מעוננים שבהם אין שמש ביום ואין טעינה, לכן הצרכן חייב בכול מקרה להיות קשור לרשת החשמל. השילוב לוחות שמש + מצבר נותן שירות חלש ועולה הרבה יותר מהחיסכון בחשבון החשמל, ואין שום סיבה להשתמש בשיטה זו חוץ מהרצון העז להציל את כדור הארץ.  גם במקומות נידחים - בהם לא קיימת רשת חשמל - יותר כדאי להתקין גנרטור קטן מאשר את השילוב לוחות+מצבר. התקווה שהתקנה המונית של השילוב הזה תקטין בצורה משמעותית את העומס ברשת החשמל (כלומר את הצריכה מהרשת, מתחנות הכוח) היא תקוות שווא. עד כה הותקנו בעולם כושר ייצור של 5.4 GW של בטריות ביתיות כאלה, כלומר - בערך מיליון יחידות… זו כמות אפסית ביחס לצריכה הכוללת של חשמל. זהו מתקן לעשירים שיש להם גם בית פרטי עם שטח להתקנת לוחות שמש וגם כסף מיותר למצברים, וגם חיבור לרשת החשמל. זהו לא מתקן שמתאים להמונים. צריך לציין שהבטריה יכולה להיטען לא רק מלוחות השמש אלא גם מהרשת, בלילה, כאשר התעריף זול.

הסוג השני הוא המצבר המשרת מתקן שו"ר. מסתבר שהתפוקה של לוחות השמש וטורבינות הרוח אינה יציבה אלא תזזיתית. כלומר - גם בימים ובשעות בהן כן יש רוח ושמש - התפוקה לא אחידה. בלוחות השמש יכול לחלוף ענן גם ביום בהיר ולהפסיק או להקטין את התפוקה לזמן מה. לגבי חוות רוח - יש משבי רוח עזים קצרים שמגדילים את התפוקה, ויש הפוגות קצרות ברוח ולכן מעט תפוקה. כלומר - יש שתי בעיות שונות: הראשונה היא הימים בהם אין רוח בכלל, והימים בהם יש עננות כול היום ואין תפוקה סולארית (אז מופעלות תחנות הכוח הרגילות). השנייה היא הימים בהם הרוח כן נושבת, אבל בעוצמה משתנה, והשמש כן מאירה, אבל עם עננות חלקית חולפת. כול עוד כמות החשמל הכוללת משו"ר הייתה זעירה נספגה התזזיתיות על ידי תחנות הכוח הגדולות שהמשיכו לפעול, כולל רזרבות סובבות - spinning reserves -  שנועדו בדיוק לייצב את הרשת מתנודות פתאומיות בצריכה או תפוקה. אבל, משגדלה כמות החשמל משו"ר, הבטריות עוזרות כדי לייצב את האספקה המתחדשת ולהבטיח אספקה יציבה באותן השעות והימים שהרוח והשמש כן פועלים (8-20% מהזמן). הבטריות נועדו גם למנוע נפילות פתאומיות ולתת שהות של כמה דקות לתנעת תחנות כוח לגיבוי, במקרה שהרוח נפסקת פתאום או השמש מתכסה עננים.

עכשיו מגיעים לנקודת המפתח - הנקודה הכמותית. קחו למשל את מתקן המצברים הגדול בעולם שהותקן באוסטרליה ב2017 תוך תרועת תעמולה מחרישת אזניים - "אתם רואים??? יש אגירת אנרגיה!!". המתקן הוא בעל הספק של 100MW ונפח של 129 MWh (מגהוואט-שעה). בעצם הוא מורכב משתי יחידות אחת בעלת הספק 70 MW שיכולה לעבוד עד 10 דקות, השנייה בהספק 30 MW עד 3 שעות. חוות טורבינות הרוח שנועד לשרת היא בעלת הספק של 300 MW. פירוש הדבר הוא שהמצבר מסוגל לגבה רק עשירית מכושר הייצור של החווה.  אם הירידה במהירות הרוח (ובתפוקה) היא קטנה, ב 100 MW או פחות - מצבר הגיבוי הענק מסוגל לספק את החסר ולייצב א אספקת הזרם, אבל אם הירידה גדולה יותר - יוק - זה מעבר לכוחות המצבר. דבר שני: המצבר מסוגל לספק את הכמות המוגבלת הזו רק למשך עשר דקות (ועוד כמות קטנה למשך 3 שעות). אם ההפוגה ברוח נמשכת יותר - המצבר כבר ריק. כלומר - המצבר הכי גדול בעולם (והכי יקר) אינו מסוגל אפילו לייצב בביטחון את האספקה של חוות הטורבינות שלו. והצריכה הכללית בדרום אוסטרליה, שם הותקן אינה 300 MW אלא 7000-9000 MW, כלומר פי 70 עד פי 90 מההספק של המצבר ה"ענק" הזה.

הטכנולוגיה של המצברים התפתחה בעשר השנים האחרונות ויש לה יכולות מסוימות, אבל, מבחינה כמותית - ביחס לדרישת רשת החשמל - היכולת היא מאד קטנה - עד זניחה. הנה ההתקנה של אגירה במצברים ב 6 השנים האחרונות בעולם.

הצבע הכחול כהה (למעלה) הוא מצברים ביתיים behind the meter (מאחורי המונה), הכמות המצטברת העולמית היא, כאמור, 5.4 GW. צבע התכלת מסמן מצברים "גדולים" על הרשת - grid scale , והכמות המצטברת בעולם כ 5.1 GW. זה ההספק - בשני המקרים לא מציינים את הנפח (לכמה שעות זה מספיק). כושר הייצור העולמי  של חשמל הוא כ 7000 GW (הספק) והצריכה העולמית כ 24,000 טו"ש (טרה-ואט-שעה). כושר המצברים המותקן ( כ 10 GW) הוא זניח לחלוטין, אין למצברים למעשה שום חלק באספקת החשמל העולמית. אם ניקח את קצב ההתקנה של סוללות בעולם (שירד ב 2019) של כ 2 GW בשנה - ייקח 100 שנה או יותר עד שלמצברים יהיה חלק משמעותי באספקת האנרגיה.

בא המשרד לאיכות הסביבה ומנסה לטעון שלא צריך לבנות תחנות כוח גזיות ואפשר לסמוך על מצברים. הוא מסתמך על נבואות ל 10 שנים של כול מיני מכונים לאידאולוגיה ירוקה בעולם, מאלה שמנבאים שעוד מעט נגיע לאפס פליטות אי"ה, והאנרגיה הפחמית עבר זמנה. הבנתם באנרגיה, בחשמל ובכמויות ובהנדסה היא בערך אפס. זו אידיאולוגיה אוטופית טהורה, בלי שום עיגון במציאות הממשית.

אספקת החשמל הסדירה היא חשובה ביותר לרווחתנו. אנו לא רוצים להצטרף למחצית ארצות העולם ה"מתפתחות" (המפגרות) שבהן יש לפעמים חשמל ולפעמים לא . חייבים לבנות את כול תחנות הכוח הגזיות (המוכחות) הנחוצות כדי לספק את כול החשמל שצריכים, כולל תחזית גידול צריכה לעתיד ורזרבה נוחה של כ 20% מעבר לזה (כלומר - יתירות).  האנרגיה הירוקה - במקרה שלנו - לוחות שמש - תאפשר לנו, אולי, אי"ה, להקטין במידה כולשהי את כמות הדלק שנצטרך לשרוף לאספקת חשמל בעתיד. אנו נעבור לשמוש במצברים במקום תחנות כוח כאשר נראה כמות משמעותית מותקנת ועובדת בעולם. הרגע הזה רחוק מאד, מאד, למרות הגיגי האידיאולוגים הירוקים.  אי אפשר לבסס את אספקת החשמל על נבואות ופנטזיות. 

בקטע נוסף בהמשך אנסה לפרט, מבחינה כמותית, כיצד אגירת אנרגיה (דמיונית בשלב זה) בשילוב עם לוחות שמש תוכל להשתלב באספקת החשמל. על המספר המאד קטן של מתקני אגירה במצברים בעולם, והנפח הזעיר שלהם ראו כאן. אלה העובדות בניגוד לחלומות של משרד הסביבה.

יעקב

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


3 תגובות:

גילעד דרורי אמר/ה...

תודה על המאמר יעקב, שמח לראות פירוט של הצד הטכני בסיפור.

כרגע באמת לא קיימת טכנולוגיה, או כושר ייצור, כדי לספק אחסון בצורה כלכלית. קראתי שזה יהיה ישים כאשר היחס של ג'יגהוואט\דולר יגדל פי 20, אבל גם נתון כזה נשמע מעורפל כשנכנסים עמוק יותר למשוואה - נתונים כמו קיבולת, מהירות טעינה, גודל ובטיחות נכנסים לתמונה.

אבל ככה זה תמיד בטכנולוגיות חדשות. זה שכרגע אין יכולת אחסון לא אומר שלא תהיה בעתיד. זה שהשקיעו כמות בלתי נתפסת של כסף בשו"ר יכול לדחוף את הצורך הזה, ולגרום לפיתוח מהיר יותר (כן, למרות שההשקעות האלו הן התיפייפות ירוקה הרבה פעמים).

אני מתאר לעצמי שגם יהיו תועלות כלכליות שאנחנו עדיין לא רואים. מפתיע שלוחות סולאריים ומצבר ביתי זה עדיין לא כלכלי, אבל אם זה כן יהיה, אז מגורים חדשים לא יצטרכו להרחיב את תשתית החשמל לכיוונם. אני צריך להסתכל על המספרים (אין לי מושג כמה עולה הקמת עמודי חשמל) אבל זה נשמע משמעותי.
אני יודע, לדוגמה, שחלק מחברות SMR (כורים גרעיניים קטנים) משווקות את המוצר שלהם בתור עצמאות חשמלית לקהילות מרוחקות.

מצפה למאמר הבא :)

יעקב אמר/ה...

"זה שכרגע אין יכולת אחסון לא אומר שלא תהיה בעתיד. "
זה שכרגע אין יכול איחסון אומר שכרגע אין יכולת איחסון.
אתה יכול לחולם על העתיד כמה שאתה רוצה, אתה יכול לחמם את הבטן שלך עם חלומות וורודים על העתיד.
איזה מהחלומות הוורודים או הירוקים יתגשם בעתיד (אם בכלל) - אני לא יודע (וגם לא אתה).

הבעיה היא עם המטיפים הירוקים שאינם מבחינים בין מה שקיים במציאות למה שקיים בחלום. "למה לא מנצלים את השמש - זה נקי וזה בחינם" כאילו שרק הטימטום או רוע הלב מונעים את ניצול אנרגיית השמש.
לא - אין בידנו טכנולוגיה שתאפשר לנו להתבסס על אנרגיות מתחדשות.
הטכנולוגיות שקיימות רחוקות מלהספיק. חלומות (על אגירה) אינם מספקים אנרגיה.

יעקב אמר/ה...

באשר ללוחות שמש + מצברים... הבעיה היא לא כספית. צריך אספקה גם כאשר אין שמש. צריך רשת חשמל. צריך תחנות כוח ועמודים וקווי מתח גבוה ונמוך. המצברים לא מספיקים.

באשר לפתרון לבית מבודד שאין לו רשת חשמל... לוחות ומצברים לא מספיק. אתה צריך גנרטור.