ייצור חשמל
ייצור חשמל הוא תהליך המשתמש באמצעים שונים על-מנת להפוך אנרגיות מסוגים שונים לחשמל. זהו השלב הראשון בסדרה של תהליכים שכוללים גם את העברת החשמל וחלוקת החשמל אל הצרכנים, והזנת מוצרי חשמל באנרגיה אשר דרושה לפעולתם.
ייצור החשמל יכול להתבצע במגוון שיטות, ובכללם שימוש בדלקים מאובנים ושימוש באנרגיה ירוקה.
נכון לשנת 2015 עמד ייצור החשמל הכלל עולמי על כ-23,093 מיליארד קוט"ש, מתוכם 15,152 דלקים מאובנים, 5,530 אנרגיות מתחדשות ו-2,440 מאנרגיה גרעינית[1].
ייצור חשמל על ידי שריפת דלק מאובן
ערך מורחב – גנרטור חשמלי
רוב החשמל בעולם מיוצר בתחנות כוח אלקטרו מכניות המופעלות על ידי דלק מאובנים, כגון תוצרי זיקוק של נפט, גז טבעי או פחם. דלקים אלו משמשים לשרפה ובעירה, על מנת להפיק קיטור או אוויר חם שנעים במהירות. תנועה זו מהווה מקור לאנרגיה קינטית המשמשת לסיבוב של לולאות של מוליכים שנמצאות בתוך שדה מגנטי. על-פי חוק ההשראה של פאראדי, נוצר זרם חשמלי בתוך לולאה העשויה מחומר מוליך בגלל שהיא נמצאת שטף של שדה מגנטי. אם הלולאה ממשיכה לנוע ולהסתובב בתוך השטף המגנטי נוצר זרם רצוף וממושך.
בתחנות כוח מסוג מחזור משולב (מחז"ם). שרפת הדלק יוצרת גז המשמש להנעת טורבינה ולאחר מכן הגז משמש ליצירת קיטור שמפעיל טורבינה נוספת. כמות מועטה של חשמל מיוצרת בעזרת מנועי בוכנה שמפעילים גנרטור.
שריפת דלק מאובנים כמו פחם, תוצרי נפט וגז, הוא הגורם המרכזי לעליה בריכוז הפחמן הדו-חמצני באטמוספירה, להגברת זיהום האוויר, לשינוי אקלים ולהתחממות העולמית. הפחם הוא סוג הדלק אשר יוצר הכי הרבה CO2, וכן תורם לעליית ריכוז הכספית באוקיינוסים.
דרכים חלופיות לייצור חשמל
- ערך מורחב – אנרגיה חלופית
פרט לשיטה האלקטרומכנית המשמשת בתחנות כוח קונבנציונליות נעשה שימוש בשיטות הבאות:
- שימוש באנרגיה מכנית ממקורות חלופיים:
- אנרגיה גרעינית: על ידי שימוש באנרגיית החום הנפלטת מביקוע גרעיני, מייצרים קיטור המניע טורבינות שבתורן מניעות גנרטור. בצרפת רוב החשמל מיוצר מאנרגיה זו. אנרגיה גרעינית בעייתית מבחינה בטיחותית ופוליטית.
- אנרגיית רוח: ניתן לרתום את כוח הרוח לסובב גנרטורים. שיטה זו נפוצה בצפון אירופה.
- אנרגיית מים: ניתן להפיק אנרגיה בעזרת אנרגיית התנועה של המים, וכן בעזרת האנרגיה פוטנציאלית של נפילת מים. אנרגיה זו מתאימה במיוחד למדינות בהן יש נהרות גדולים, עליהם בונים סכרים ורותמים את האנרגיה של נפילת המים או תנועתם לייצור חשמל.
- אנרגיה סולארית: במקומות בהן קיים קושי לסלול תשתית חשמל או במקומות בהן הדבר בלתי אפשרי (כמו בתחנות חלל ולוויינים) ניתן להשתמש בתאים פוטו-וולטאיים, הממירים אור שמש לאנרגיה חשמלית. בעזרת מראות ניתן לנצל את חום השמש לחמם זורם (אויר, מים, שמן תרמי או מלח נוזלי) לטמפרטורות גבוהות וכך להניע טורבינה אשר מפיקה חשמל.
- אנרגיה גאותרמית: במקומות בהם קרום כדור הארץ דק יחסית ויש פעילות סייסמית, ניתן לנצל את חומו הפנימי של כדור הארץ לחימום מים ולסיבוב טורבינה המפיקה חשמל.
- שימוש בתנועת הגלים או בהפרשי גאות ושפל על מנת להניע גנרטורים.
- אנרגיה כימית: תא חשמלי הוא מְכל שבתוכו שתי תרכובות כימיות ומוליכים אל מחוץ לתא. כאשר מחוברת התנגדות למוליכים, זורם מטען חשמלי ביניהם. ניתן לחבר מספר תאים בטור ולקבל מתח גבוה יותר או מספר תאים במקביל ולקבל הספק לפרק זמן ארוך יותר. כיום קיימות מספר טכנולוגיות ליצור תאים לשימוש רב-פעמי (סוללות נטענות) או לשימוש חד-פעמי.
- אנרגיה שאובה: טכניקה לשימוש בחשמל המיוצר בשעות שפל בצריכה, לשם ייצור חשמל בשעות שיא התצרוכת. מים נשאבים אל מאגר גבוה (תוספת אנרגיה פוטנציאלית), והמים זורמים מטה ובדרכם מסובבים טורבינות המחוברות לגנרטור חשמלי.
החשמל כמוצר צריכה
לחשמל כמוצר צריכה מספר תכונות ייחודיות:
- חשמל כמעט ואינו ניתן לאיחסון.
- תהליך הייצור, בקרת האיכות והשינוע של המוצר לצרכן נעשים בו זמנית.
- גודל השוק מוגדר רגעית בכל רגע נתון, ומשתנה משמעותית כתוצאה של מיקום גאוגרפי, עונות השנה, שעות היום ועוד גורמים שונים.
- שינוי גודל השוק מחייב התאמה תמידית ומהירה של כל המערכת.
- בשל היותו מוצר חיוני ביותר המערכת חייבת להיות בנויה לייצור עודף, למקרה של תקלה ביחידת ייצור.
ייצור חשמל בישראל
עד קום המדינה פעלה תחנת כוח הידרואלקטרית בנהריים שעל גדת נהר הירדן, וייצרה כ-11 מגה-ואט חשמל בעזרת ניצול זרם המים. תחנות כוח נוספות שפעלו לפני קום המדינה הן תחנת הכוח רדינג ותחנת הכוח חיפה. במלחמת השחרור נהרסה התחנה שבנהריים, ומאז רובו המוחלט של החשמל בישראל נוצר בתחנות כוח הפועלות על תוצרי נפט (מזוט וסולר), פחם וגז טבעי.
כיום
- ערך מורחב – משק החשמל בישראל
נהוג לחלק את תחנות הכוח העיקריות בישראל לשני סוגים:
- קיטור: התחנות הגדולות והחשובות בישראל הן קיטוריות. תחנה קיטורית תלויה בקירור מי ים, ולכן כל התחנות מסוג זה ממוקמות לאורך קו החוף. תחנות אלו פועלות על פחם ("אורות רבין" ותחנת הכוח רוטנברג), מזוט (חיפה) וגז טבעי (רידינג ואשכול). כושר הייצור של התחנות הגדולות הוא מעל 2,000 מגה וואט כל אחת.[2]
- טורבינות גז ומחזור משולב: "טורבינות גז" הוא שם כולל לשיטת קירור אלטרנטיבית ללא מי ים, ולמרות שמן המטעה יכולות לעבוד על דלק נוזלי או גז. רוב טורבינות הגז פועלות כיום על סולר, ומתוכנן מעבר עתידי לגז טבעי. אתרי טורבינות הגז הגדולים בישראל הם אתר חגית שליד צומת אליקים ואתר גזר ליד רמלה, בעלות כושר ייצור של כ- 1,000 מגה וואט כל אחת.[3]
ביוני 2010 כושר ייצור החשמל בישראל עמד על כ-11.3 אלף מגה וואט, ורובו ככולו נוצל (בימי שרב הניצול שלו עמד על 98% מכושר הייצור)[4]. עדיין אין ייצור חשמל משמעותי מאנרגיה חלופית בישראל נכון ל-2018 עומד על כ-6.4% מכושר הייצור, ועיקר ייצור החשמל עדיין מתבסס על תחנות כוח המבוססות על דלק מאובנים. ברמת הגולן קיים שדה קטן של טורבינות רוח על רכס חזקה, וטורבינות רוח בודדות נוספות פזורות בגולן ובגליל. בכורי המחקר הגרעיני (קמ"ג) מיוצר חשמל.
ברחבי ישראל יש שדות רבים של אנרגיה פוטו-וולטאית.
ב-2018 נחנך מתקן באשלים של ייצור חשמל באמצעות טכנולוגיה שנקרא תרמו-סולארית.
ב-ינואר 2018 פרסם המשרד להגנת הסביבה בישראל תוכנית לייצור חשמל מפסולת.
מחקר ופיתוח בישראל
בישראל מתקימים מחקר ופיתוח ענפים בתחום, ואף ייצור ותפעול תחנות כוח ניסיוניות המתבססות על אנרגיה חלופית.
בתחום הסולארי תרמי: חברת סולל מבית שמש, מיצרת תחנות כוח תרמוסולאריות שמבוססות על חימום קיטור על ידי השמש. סולל נמצאת בראש החברות בעולם בתחום. כאשר אין שמש ניתן לחמם את הקיטור על ידי גז או נפט. רוב תחנות הכוח של סולל מצויות בארצות הברית. כמו כן חברת לוז 2 הירושלמית, בשיתוף עם חברה אמריקאית מפתחת ומייצרת מתקנים תרמוסולריים.
בתחום הגיאותרמי: חברת אורמת מיבנה, נחשבת בין החברות המובילות בעולם בתחום הפקת חשמל מאנרגיה גאותרמית. לחברה עשרות מתקנים בכל רחבי העולם.
גם האקדמיה הישראלית עוסקת בנושא. לאחרונה מפתח הטכניון טכנולוגיה בשם ארובות שרב, המייצרת חשמל מאנרגיית רוח מלאכותית, ללא פגיעה בסביבה.
חברת "אקו וייב פאוור" עוסקת בייצור חשמל מגלי הים.
ראו גם
קישורים חיצוניים
הערות שוליים
- ^ https://www.eia.gov/beta/international
- ^ עלון אתר תחנת הכוח רוטנברג, חברת החשמל, 2007 (מכיל נתוני ייצור על כלל תחנות הכוח)
- ^ אתר טורבינות הגז "חגית", חברת החשמל, יוני 2007 (כולל נתונים על כלל אתרי טורבינות הגז)
- ^ רונית מורגנשטרן, תחנת הכוח באשקלון תופעל בגז, אתר nrg
22971767ייצור חשמל