דפים

16 ביולי 2020

אין אגירה - תרגיל המחשה כמותית.

 

אידיאולוגים ירוקים חולמניים טוענים שאפשר לבסס את אספקת החשמל שלנו על לוחות שמש בתוספת אגירה. הם משתמשים במילים -"אגירה"- בזכות הצליל האופנתי היפה שלה ואינם מבינים כלל את המשמעות, בייחוד הצד המעשי והכמותי. למה הדבר דומה? למי שטוען שאפשר לפתור את בעיית אספקת המים באמצעות בקבוקים… (ישראל צורכת כ  1500 מיליון מ"ק מים בשנה).

לפני שניגש לחישוב הכמותי  נפרט את סוגי האגירה לפי זמן האגירה הדרוש המכתיב את כמות האגירה. אפשר לציין 4 רמות של אגירה. (בכל הקטע הזה אני מתייחס במיוחד לאגירה במצברים).

1. הרמה הנמוכה ביותר, מבחינה כמותית, היא אגירה רגעית לצורך ייצוב של האספקה ממקורות מתחדשים תזזיתיים (שמש ורוח). אגירה ברמה זו אינה פותרת את הבעיה של אספקת חשמל כאשר אין רוח או שמש ( כ 75% מהזמן), היא רק מאפשרת אספקה יציבה יותר של המקורות התזזיתיים כאשר הם כן פועלים. זו הרמה היחידה בה אגירה במצברים נמצאת כבר בשימוש (מעט) ונותנת פתרון חלקי.

2. הרמה השנייה היא אגירה ברמה יומית או שעתית. השמש זורחת ביום ושוקעת בלילה. אגירה יומית הייתה יכולה, בתיאוריה, לאפשר לנו להשתמש באנרגיית שמש של היום, בצורה רציפה, גם בלילה, לו היו לנו אמצעי אגירה בכמות מספקת, כפי שנחשב בדוגמה בהמשך.

3. הרמה השלישית היא הרמה השבועית (או רב יומית). יש לעתים כמה ימים רצופים של עננות ללא שמש, או ימים ללא רוח. לו ניתן היה לאגור אנרגיה לכמה ימים היה הדבר עוזר.

4. הרמה העונתית. כידוע - השמש זורחת יותר בקיץ מאשר בחורף וגם הרוח נושבת יותר בעונות מסוימות. אגירה הייתה יכולה לעזור להעביר אנרגיה מעונה חזקה לעונה חלשה.

כדי להמחיש את הבעיה הכמותית באגירת אנרגיה נעשה תרגיל מספרי פשוט. נשתמש במודל הפשטני שלנו למערכת אספקת החשמל בישראל. הצריכה המינימלית, בלילה, שעות 24.00-8.00 - היא 7 GW, בבוקר (שעות 8-10) ובערב (שעות 16-24) היא 10 GW, והצריכה בשעות היום - שעות השמש - 10-16 היא 12 GW. השמש זורחת (אצלנו) 300 ימים בשנה.

מודל זה מתעלם מההבדלים העונתיים בצריכה, מירידת הצריכה בסוף שבוע וחגים ומשיאי צריכה קצרים יחסית, בקיץ ביום ובחורף בלילה. למרות זאת המודל נותן תמונה מקורבת ומהימנה, לפחות מבחינת סדרי גודל, והוא מתאים למציאות.

נניח (הנחה מציאותית) שתחנות כוח לעומס בסיס (גז או פחם) פועלות רצוף 24/7,  בהיקף 7 ג'יגהואט (היקף הצריכה המינימלית בלילה). השמש פועלת 6 שעות ביום במשך 300 ימים ומספקת את הדרוש, מעל עומס הבסיס, דהיינו 12-7 = 5 GW. אנו רוצים לספק את שאר החשמל, בבוקר ובערב (10 שעות בהיקף 10-7 = 3 GW) מהאגירה. כמות האגירה היומית הדרושה: 3 ג'יגה-ואט כפול 10 שעות = 30 GWh ג'יגוואט-שעה.

הכמות הזאת היא יותר גדולה מכול האגירה במצברים המותקנת כיום בעולם כולו. לא קיימת אגירה כזו במצברים. מתקני האגירה במצברים הקיימים בעולם הם בסדר גודל של 10-30 MW לשעה עד 3 שעות. ומהמתקנים הקטנים האלה - אין הרבה. אני מדגיש שוב: כדי לצבור חשמל מ 6 שעות השמש ביום לשימוש ב 10 שעות בלילה לאספקה של רק רבע החשמל הדרוש בלילה - דרושים 30,000 מגהואט-שעה של מצברים. לא קיימת כמות כזו, היום, בכול העולם. (גם אם נניח שקיים הספק של כ 5 GW מצברים בעולם, הרי הם לא ל 10 שעות אלא אולי לשעה או שעתיים). אלה שמדברים על פתרון בעיית אספקת החשמל באמצעות מצברי אגירה פשוט לא יודעים בכלל מה הם מדברים.

רגע, אולי עוד אין היום, אבל אולי יהיו בעתיד, בעוד 10 שנים? על זה אומר שאנו יודעים למי ניתנה הנבואה (לשוטים) - אני לא יודע מה יהיה בעתיד. כאשר יהיו קיימים מצברים (או אמצעי אגירה אחרים) בהיקפים כאלה, מותקנים ועובדים בעולם, מוכחים, מנוסים, וזמינים לרכישה - אנו נשקול את השימוש בהם אז. היום אנו צריכים לתכנן את אספקת החשמל לשנים הקרובות על פי האמצעים הידועים והקיימים היום: תחנות כוח גזיות, ולא באמצעים הקיימים רק בדמיון של חסידים ירוקים אוטופיים.

היום גם לא קיימת אפשרות לייצור של מצברים בכמויות כאלה. המצברים עשויים ממתכות די נדירות ויקרות כמו ליתיום וקובלט ולא קיימת יכולת הפקה של מתכות אלה בהיקפים ענקיים. לא ברור בכלל שאפשר לייצר כאלה כמויות של מצברים, או שאפשר יהיה בעתיד הקרוב.

החסידים הירוקים הפנטזיונרים (כמו ד"ר פרואקטור במשרד להגנת הסביבה) מדמיינים שקיימת אנרגיית שמש בכמות בלתי מוגבלת ומצברים בכמות בלתי מוגבלת, ועניין השימוש בהם תלוי רק בהחלטה שלנו. הם לא מודעים לכול פרט מעשי וכמותי הקשור בניצול וצבירה של אנרגיה.

נתן בכול זאת יד חופשית לדמיון ונניח שקיים צבר של 3GW/30GWh המאפשר לספק חלק מהחשמל בלילה מאנרגיה סולארית שנצברה ביום - בואו נראה איזה חלק מהחשמל ניתן לספק בצורה זו. לפי המודל שלנו - סיפקנו 5 GW למשך 6 שעות, 300 ימים בשנה ישירות מהשמש - שהם 9 טו"ש (9 טרה-ואט-שעה). וזרם הלילה - בעזרת מצבר - הוא 3 GW כפול 10 שעות כפול 300 יום = גם כן 9 טו"ש - ביחד 18 טו"ש. הצריכה הכוללת היא: 7 GW עומס בסיס כפול 24 שעות כפול 365 יום הם 61.3 טו"ש. + 65 ימים ללא שמש כפול 5X6 ועוד 3X10  הם 3.9 טו"ש. הצריכה הכוללת: 61.3+18+3.9 הם 83.2 והחלק מהשמש (18 טו"ש) מהווה כ 22% מזה. כלומר - גם בעזרת מצבר ענקי דמיוני זה אנו יכולים להגיע לכול היותר ל 22% חשמל סולארי - לעומת 11% ללא מצבר.

כדי לספק את הכמות הזאת של חשמל סולארי אנו זקוקים ללוחות שמש בהספק 5 GW לצורך אספקה ישירה + כ 6 GW לצורך טעינת המצברים + אולי 1 GW נוסף של מצברים לצורך ייצוב האספקה הסולארית באותן 6 שעות שהיא עובדת, ומרווח ביטחון - כלומר כ 12 GW לוחות שמש.

שאר סוגי האגירה - אגירה שבועית או עונתית - דורשים נפחי אגירה גדולים יותר בסדרי גודל. קל וחומר שאין טעם לדבר עליהם - אין טעם לפנטז על דברים לא קיימים.

רואים, אם כן, שגם עם אגירה - שלא קיימת - לא נוכל להפיק מהשמש יותר מ 22% מהחשמל שלנו - שהם פחות מ 10% מצריכת האנרגיה הכוללת. היכולת של השמש לספק את צרכי האנרגיה שלנו היא קטנה, גם עם אגירה דמיונית.

יעקב

 

 

 

 

3 תגובות:

אשר פט אמר/ה...

וזה רק החשמל שהוא כשליש מצריכת האנרגיה. מה יניע את התחבורה, יחמם את הבתים וינוע את התעשיה והחקלאות (החולמים הירוקים היו בבית חרושת בפעם האחרונה בכתה ד' וכשמזכירים להם שהעולם המודרני תלוי בקומביין הקוצר את החיטה האורגנית בג'יאפטה שלהם, המונע על ידי דלק דיזלת אז ברור להם (כשמש :) שקומביין מתוצרת TESLA הנטען על ידי שמש ורוח יוכל בקלות להחליף את הדיזל ולהאכיל את המיליארדים)

גילעד דרורי אמר/ה...

תודה על המאמר, נותן פרספקטיבה.

dubij אמר/ה...

מאמר מצויין... בבקשה תעלו אותו לפייסבוק של הבלוג, שאוכל לעשות Share בעמוד שלי.
תודה!