עזבו מקורות אנרגיה, האתגר האמיתי הוא לאגור אותה

עם כל הכבוד למקורות אנרגיה – החברות עסוקות עכשיו באתגר הגדול יותר – איך לאגור אותה. כמו בתחומים נוספים גם כאן אילון מאסק מוביל את הדרך, אבל הוא ממש לא היחיד

מקור: Pixabay


מאת: שלמה שבת

צריכת האנרגיה שלנו היא בדרך כלל לא-לינארית לאורך הזמן, בגלל תעסוקה לא לינארית של מכונות ואנשים. יצור האנרגיה מתחנות כח גרעיניות, פחמיות או הידרואלקטריות, לעומת זאת, הוא יותר קבוע. קשה לדומם או להתאים פעילות של תחנה גרעינית  או הידרואלקטרית לביקוש המשתנה, כך שנוצר ביקוש גדול לאורך היום ומנגד יצור עודף – בעיקר בשעות הלילה. שינויים אלו בצריכה ובביקוש מאלצים את חברות האנרגיה למכור חשמל בתעריף מוזל בשעות השפל כדי לעודד צריכה בשעות כאלה. בארץ מוכר התעריף המשתנה בשם תעו”ז.

הנפט והגז יספיקו לכמה מאות שנים למלא את תצרוכת האנרגיה של העולם, ועד אז יפצח המין האנושי, אם ישרוד, את ההתכה הגרעינית וישחרר את עולמנו מבעיות אנרגטיות. עד אז השימוש בפוסילים ליצור אנרגיה לא רק שמזהם את עולמנו וגורם לשינויים אקלימיים קשים, הוא גם פחות כלכלי משימוש מושכל באנרגיה ואגירת עודפים. סין למשל עצרה את התוכנית האסטרטגית שלה לבניית 100 תחנות כח פחמיות לעשור הבא, על מנת לבחון את המגמה המתפתחת של אגירת אנרגיה בשעות שפל בצריכה, וכן שילוב אינטנסיבי יותר של מקורות אנרגיה טבעיים.

בגרמניה, בה רשת החשמל לא מאוזנת לאורך היום, בגלל שימוש במקורות אנרגיה טבעיים, משלמים – כן, כן, משלמים – לצרכנים כדי שישתמשו בחשמל בשעות עודף, ומאפשרים במקומות רבים טעינה חינם של מצברי מכוניות חשמליות בשעות כאלו. אילון מאסק הוכיח לעולם ששטף האנרגיה מהשמש וניצול האנרגיה ממקורות טבעיים – דיים כדי לספק את צורכי האנרגיה של העולם. נותרה בעיית יציבות היצור וההימור, שנראה די ריאלי, על אגירת עודף האנרגיה. אגירה שיכולה להתבצע בסוללות, באנרגיה כימית, ביצור מימן שניתן להתמירו וכו. נושא זה נמצא בחזית המירוץ בתחום האנרגיה ומדי יום מתגלים אמצעי אגירה חדשים.

איזון רשת החשמל למצבי קיצון הוא כאב ראש גדול למנהלי רשת החשמל – כאב ראש שמתגלם בסופו של דבר בעלויות כבדות שהציבור צריך לכסות, בין היתר על-ידי הקמת תחנות קטנות מונעות-גז דוממות שנכנסות לפעולה במצבי עומס, תחנות אגירה שאובה וכו’). הנושא זכה לעדיפות עם התפתחותם המהירה של מקורות האנרגיה המתחדשים כמו פאנלים סולאריים, טורבינות רוח, שימוש באנרגיית גלים ועוד. מקורות יצור אלו, שהולכים ותופסים מקום גדול יותר במדינות במערב, אינם לינאריים. הם תלויים ברוח, בשמש, בגלים ובכך יוצרים אי-איזון חמור יותר בגרף היצור-ביקוש של אנרגיה.

בגרף הזה למשל, אפשר לראות שמ-2011 כל העלייה בתפוקה של האנרגיה בגרמניה מקורה אך ורק במקורות המתחדשים והלא רציפים האלה. משנה זו ואילך רואים צמצום בשימוש במקורות האנרגיה שהיו מקובלים כמו גרעין, פחם, דלק פחמני ותחנות הידרו אלקטריות.

בכך קיבל נושא אגירת האנרגיה משעות העודף וניצולה של אנרגיה זו בשעות המחסור ליתר בהילות

כך נראה אגב שבוע בקיץ 2018 המראה את חוסר הלינאריות בסך הכל יצור האנרגיה בגרמניה:

עוברים למיקרו-גריד

בכאב הראש הזה של מנהלי איזון רשתות החשמל נכנסים מושגים חדשים כמו Storage Energy, Micro-Grid, Off-Grid. אגירת אנרגיה בנפרד ממערכת החשמל (Off-Grid), וכן שילוב עם מערכת החשמל (Hybrid Energy Systems) או יצירת מתחמים סגורים מנותקים, או מנותקים חלקית ממערכת החשמל הארצית  (Micro Grid). למרות שתחומים אלו מפותחים מאוד בלא מעט מדינות, לצערי, בארץ אנחנו תקועים בשלבי הרגולציה. פניה שלי למשל לצורך אישור חיבור מצברים למערכת הסולארית שלי כדי להופכה להיברידית, נענתה בשלילה.

קיימות לא מעט טכנולגיות לאגירת אנרגיה. אני ארחיב מעט בתחום המתפתח של סוללות ליתיום-יון ששווקו מסחרית לראשונה ע”י Sony עוד ב-1991. הסוללה מאופיינת בדחיסת אנרגיה כפולה מהסוללה הנטענת של ניקל-קדמיום, ביכולת טעינה של אלפי מחזורים, מה שמקנה לה אורך חיים של מעל 10 שנים, בשחרור אנרגיה רציף. כולנו מכירים אותה מהמחשבים הניידים, מכשרי הסלולר ולאחרונה – בעוצמות גדולות יותר של עשרות קילוואט שעה במכוניות ההיברידיות ובמאות קילוואט שעה במכוניות החשמליות. כיוון שהטכנולגיה כבר בשלה יש צפי ל-1000 גיגהוואט של פרויקטים בתחום אגירת אנרגיה ב- 20 השנה הקרובות.

כשנעבור את שלב הרגולציה, נמצא שיש שימושים רבים בארץ לפרויקטים בתחום זה. החל מאגירת אנרגיה סולארית (מערכות סולאריות היברידיות), שימוש בתעריף תעו”ז לאגירת אנרגיה בתעריפי שפל וניצולה בשעות שיא למשרדים ומפעלים עתירי אנרגיה, אגירת אנרגיה כתחליף לגנרטורים בבתים רבי קומות ועוד.

הגרף הבא מציג את ההיקף המתעצם של פרויקטים בתחום זה :

הנה כמה פרויקים מעניינים בתחום:

100 MW/400 MWh Fluence Energy Storage Project For Long Beach. הפרויקט הענק נועד להחליף את המערכת הישנה, המבוססת על גז לזמני עומס קיצוני. הפרויקט בעיצומו ואמור להסתיים ב- 2020 ולהפוך את מערכת הגיבוי של CA למודרנית ביותר.

North America’s largest lithium-ion battery storage facility. פרויקט זה לאגירת אנרגיה בהספק של 30 MWATT, שפועל מתחילת 2017 ב-San Diego, מאפשר אגירה של עד 120 מגהוואט שעה ממקורות כמו אנרגיית רוח, אנרגיה סולארית ועודפים של אנרגיה מגז טבעי. הפרויקט מיועד לתמוך בלחץ של ביקוש ממערכת החשמל, ובעיקר לספק את צורכי האזור בנפילות מערכת החשמל – וכל זאת עד 4 שעות הפסקה. למרות שרובם של 20,000 הצרכנים לא מודעים לקיומה של המערכת, הם נהנים בזכותה ממערכת חשמל יציבה, שנכנסת לפעולה מיד עם נפילת רשת החשמל ומבלי שנפילת המתח תורגש. במידה רבה, פרויקט זה מהווה ציון דרך לישימות של פרויקטי אגירת אנרגיה, והצלחתו תביא לישום פרויקטים דומים. בניית הפרויקט ארכה כחצי שנה.

במקום גנרטורים

מפעלים רבים זקוקים לאספקת אנרגיה רציפה כל הזמן במשך כל ימות השנה. הפתרונות הקיימים מתבססים בעיקר על גנרטורים, שנכנסים לפעולה עם הפסקת החשמל מהרשת. פרויקטים כאלה בעייתים הן מכיוון שעלותם גבוהה בגין הפעלה ואחזקה של גנרטורים (בנזין, תקלות), והן מכיוון שערכת הגיבוי לא מסוגלת להיכנס מייד לפעולה. פרויקטים כאלה מוחלפים יותר ויותר ע”י אגירת אנרגיה. כך למשל מתקן הכליאה Santa Rita, שיצר לעצמו Micro-Grid, המאפשר לו התנתקות מוחלטת מרשת החשמל הארצית. מקורות האנרגיה בהם הוא משתמש הם 500KW אנרגיה סולארית, וכן טעינה מהרשת בשעות השפל. מקורות אלו טוענים מצברי ליטיום-יון של 4MWATT שעה, מה שמאפשר לכלא המבודד לפעול מספר ימים מנותק מהגריד.

טסלה אוגרת אנרגיה למען אוסטרליה

פרויקט זה התפרסם בהתערבות 100 הימים של אלון מאסק. בפרויקט נאגרת אנרגיה בהיקף ענק של 129 MWAAT שעה למחוז בדרום אוסטרליה, שסבל שנים מהפסקות חשמל ממושכות. 40 אחוז ממקורות האנרגיה במחוז הם מטורבינות רוח, אבל לך תבנה על יציבות של רוח. האנרגיה כיום נאגרת לסוללות ה- PowerWall של טסלה, שמייצבות את אספקת זרם החשמל במחוז. בטוח בחזונו – בונה אלון מאסק 10 בתי חרושת ענקיים ליצור מצברי PowerWall. מפעלים כאלה ברחבי העולם יענו רק על חלק מהביקוש הגואה למצברי אגירה של אנרגיה חשמלית

בגרמניה, בונה חברת Daimler מפעל ליצור סוללות ליתיום בהיקף שנתי של 320,000 מצברי מכונית לשנה. בתאילנד מוקם מפעל בהשקעה של כ-3 מילארד דולר לייצור של עד 50 גיגה ואט שעה כל שנה. ואליהם מצטרפים עוד עשרות מפעלים בסין, יפן, הודו, קוריאה – שכולם בונים על עתיד אגירת האנרגיה. אין ספק שעולם האנרגיה נמצא בצומת מעניין ומלא אתגרים.

הכותב הוא פיזיקאי, מפתח ומיישם מערכות מידע לארגונים   

כתב אורח

אנחנו מארחים מפעם לפעם כותבים טכנולוגים אורחים, המפרסמים כתבות בתחומי התמחות שלהם. במידה ואתם מעוניינים לפרסם פוסט בשמכם, פנו אלינו באמצעות טופס יצירת קשר באתר.

הגב

5 תגובות על "עזבו מקורות אנרגיה, האתגר האמיתי הוא לאגור אותה"

avatar
Photo and Image Files
 
 
 
Audio and Video Files
 
 
 
Other File Types
 
 
 

* היי, אנחנו אוהבים תגובות!
תיקונים, תגובות קוטלות וכמובן תגובות מפרגנות - בכיף.
חופש הביטוי הוא ערך עליון, אבל לא נוכל להשלים עם תגובות שכוללות הסתה, הוצאת דיבה, תגובות שכוללות מידע המפר את תנאי השימוש של Geektime, תגובות שחורגות מהטעם הטוב ותגובות שהן בניגוד לדין. תגובות כאלו יימחקו מייד.

סידור לפי:   חדש | ישן | הכי מדורגים
saF
Guest

בהוואי פשוט ניצלו את הרוחות העודפות (אלו שגורמות ליתר הספקת חשמל) כדי לספק אנרגיה למשאבות מים שיעלו את המים למאגר ענק בראש של הר, כך שברגעים של מחסור פשוט פותחים סכר וגורמים למים ליפול חזרה דרך טורבינה שמתרגמת את האנרגיה הפוטנציאלית ואז הסיבובית חזרה לחשמל. – סוללה ביולוגית.

Oer
Guest

גם בישראל התחילו.
זה הכי יעיל . כי לסוללות יש דעיכת אנרגיה .
וגם עלות יקרה וגם אחרי כמה שנים צריך להחליף.

יוסף
Guest

לשאוב מים למקום גבוה. פתרון הכי פשוט.

אהרון
Guest

ציטוט:
“פניה שלי למשל לצורך אישור חיבור מצברים למערכת הסולארית שלי כדי להופכה להיברידית, נענתה בשלילה.”
לא הבנתי למה צריך אישור מגורם כלשהו כדי להתנתק.

שלמה
Guest

מערכת סולארית “חשמל נטו” מספקת את היצור שלה לרשת , והצרכן משתמש רק דרך הרשת. שמוש באנרגיה אגורה והזרמת עודפים לרשת (היברידית) אינה מותרת ואינה אפשרית. אגירת אנרגיה אפשרית רק ללא חיבור לרשת ולכן אפשרית במקומות כמו בפזורה הבדווית.

wpDiscuz

תגיות לכתבה: