איך מגיעים ל-100% אנרגיה מתחדשת

מגיבים רבים ברשתות החברתיות, וכתבי עיתונות אחריהם (או ההיפך?), טוענים כי הגיע הזמן להגיע ל-100% אנרגיות מתחדשות, והטכנולוגיה כבר כאן.

עיקר הטיעון הוא שעלויות ייצור החשמל מאנרגיה מתחדשת כל כך זול, שאפשר לספק באמצעותה, יחד עם אגירת אנרגיה בבטריות, את כל החשמל בישראל, או להגיע לכך תוך מספר שנים מועט. הם קוראים לרוב להפסיק להשקיע בתשתיות גז טבעי, לסגור תחנות כוח מבוססות דלקים פוסיליים הפולטות גזי חממה, ועל אחת כמה וכמה להפסיק לתכנן תחנות כוח חדשות כאלה. חברי כנסת, שרים ורגולטורים רבים נשבים בקסם – גם יותר זול, גם יותר נקי וגם מביא בוחרים – מה יכול להיות יותר טוב.

לאחרונה, טען אחד הפוליטיקאים הבכירים בישראל לקראת הבחירות כי הוא יפעל להגיע ל-100% חשמל מאנרגיה מתחדשת ב-2035. זה כלל לא מפתיע – אלו טענות שנשמעות בעיתונות המגויסת בנושא בכל העולם. הבעיה היא שפעם בכמה שנים, אנחנו מקבלים תזכורת שמחזירה אותנו למציאות, שזה לא ישים בטכנולוגיות הקיימות – גם אם מחירי אגירת האנרגיה יירדו מאוד, כפי שהתרחש בשנים האחרונות.

בשבוע שעבר, התרחש מקרה כזה – אך לא תמצאו דיווח רציני בעיתונות הישראלית (וגם בעיתונות המיינסטרים האמריקאית), ודיון בסוגיות החשובות שנובעות מהאירוע.

החל מסוף השבוע הקודם, בטקסס חלו הפסקות חשמל נרחבות לשעות ארוכות באזורים רבים – הדיון הנוכחי אינו על מקור הבעיה בטקסס (לפי הדה מרקר הבעיה היא בקפיטליזם והשוק החופשי הפרוע, איך לא), אלא על המשמעויות הנובעות מ-100% אנרגיה מתחדשת בשבוע דומה בעתיד – הדיון מעניין למשק החשמל בישראל מכיוון שברמה העקרונית, ניתן להשליך את הדיון על כל שוק חשמל בלי לשכוח שנדרשות התאמות מקומיות רלוונטיות. יחד עם ההסתייגויות, המסקנות תישארנה תקפות.

לפני שנתאר את השוק בטקסס, כדאי לתאר בקצרה עקרונות מרכזיים של כל שוק החשמל:

  1. הביקוש לחשמל משתנה בין ימים, שעות ועונות, אך ניתן לחיזוי ברמה טובה יום-יומיים לפני כן.
  2. היצע החשמל ברוטו די קשיח – הזמן להקמת תחנות כוח חדשות הוא ככלל ארוך (מספר שנים). היצע החשמל נטו לא צפוי ב-100% מכיוון שמתרחשות לעיתים תקלות שאינן צפויות מראש בתחנות כוח ובתשתיות הדלקים וההולכה. אחת העלויות המרכזיות בתחנת כוח מכל סוג שהוא הינן עלויות ההון. ללא רגולציה יציבה ומבנה שוק כלכלי, לא יוקמו תחנות כוח חדשות על ידי שחקנים רציונליים.
  3. אגירת חשמל יקרה מאוד, ולכן "מלאי חשמל" (כמו מלאי של מכוניות אצל יצרני רכבים למשל), אינו פתרון ישים בקנה מידה גדול.
  4. הביקוש וההיצע צריכים לפגוש זה את זה באופן מיידי.
  5. עלות אי אספקת חשמל היא גבוהה מאוד מבחינה כלכלית – לתעשייה, למשקי בית, למגזר העסקי והציבורי. לפוליטיקאים ורגולטורים בתחום, הנזק האישי והפוליטי מתקופות אי אספקת חשמל גם היא גדולה.
  6. מכאן מאפייני כל שוק חשמל הינם:
    1. שיא הביקוש החזוי בשנים הקרובות קובע את היקף ההיצע הנוכחי.
    1. נדרשת רזרבה משמעותית של תחנות ייצור חשמל ותשתיות הולכת חשמל, לאור ההיצע הקשיח והתקלות האפשריות.

ישנם שלושה שיקולים שניהול שוק חשמל דורש לאזן ביניהם באופטימיזציה:

  • הפחתת עלויות של ייצור החשמל
  • אמינות המערכת
  • הפחתת ההשפעות הסביבתיות.

בשנים האחרונות, הרגולטורים והפוליטיקאים מתמקדים בעיקר בהפחתת ההשפעות הסביבתיות, אולם זה אינו השיקול החשוב ביותר (כשחסר חשמל, מפעילים תחנות כוח מונעות בסולר, כפי שהתרחש בשנת 2013 בישראל). האמינות היא הפרמטר הראשון שמוזכר על פי חוק משק החשמל, בעוד ההשפעות הסביבתיות אינן מוזכרות כלל.

מה קרה בטקסס?

כרקע, בטקסס יש מערכת חשמל עצמאית, כלומר החשמל מיוצר ונצרך בתוך המערכת המקומית. מדובר בשוק חשמל גדול מאוד שמשרת כ-25 מיליון אנשים, והגדול בארה"ב במונחי ייצור חשמל.

בשבוע הקודם התרחשה סופה חריגה בעוצמתה בטקסס, הטמפרטורות ירדו מתחת לאפס, ומערכת החשמל לא הצליחה להדביק את הביקוש בעקבות מחסור בדלקים, ותקלות נרחבות בייצור החשמל (בעיקר בתחנות כוח מגז טבעי אליהן לא הגיע גז וטורבינות רוח).

מבלי להיכנס לעומק הסיבות לגבי הבעיות (תחנות כוח פוסיליות שפועלות על דלק מסוג יחיד ללא דלק גיבוי, תשתיות חשמל והובלת אנרגיה שאינן מוכנות למזג האוויר הזה, אי מתן תמריצים חיוביים ושליליים להיות מוכנים לתרחיש דומה ועוד), מעניין לבחון את משק החשמל בטקסס במבט לאחור – נניח שהיינו מגיעים לחזונו של הפוליטיקאי הישראלי או נשיא ארה"ב וכבר היום היינו נמצאים במצב של 100% אנרגיות מתחדשות, עם אגירת אנרגיה – כמה אנרגיה מתחדשת פתרונות אגירת אנרגיה היינו צריכים לצורך 100% אמינות?

שלב א' – הביקוש וההיצע בשבוע האחרון:

כמו שניתן לראות, הביקוש לחשמל על באופן משמעותי החל מה-9 בפברואר, כאשר בתחילה ההיצע עלה עימו. החל מה-14 בפברואר ניתן לראות שהקו הכחול המקווקו (תחזית הביקוש) נפרד מהקו הצהוב (ההיצע בפועל) וזהו החשמל שלא סופק עקב ניתוק צרכנים.

שלב ב' – מקורות הייצור בפועל:

בגרף לעיל, ניתן לראות כי ההיקף המשמעותי של השינוי במקורות הייצור הינו חשמל מגז טבעי (בצבע בז') – שהיקף הייצור שלו ירד דרמטית, אם כי גם תחנות גרעיניות (בורדו), תחנות פחמיות (חום), סולארי (צהוב) ורוח (ירוק) ירדו בהיקף ייצור החשמל באופן משמעותי.

שלב ג' – אנרגיה מתחדשת, בפועל:

עכשיו, מבלי לנתח את הסיבות לקיטון בייצור בגז טבעי, בואו ננתח את השבוע האחרון רק על בסיס אנרגיות מתחדשות, כאשר כאן המקום לציין כי בשוק החשמל בטקסס מותקנים כ-31 ג'יגה וואט מתקני ייצור חשמל מרוח ו-5.8 ג'יגה וואט מתקני ייצור חשמל סולארי.

ככה זה נראה:


מתוך כ-37 ג'יגה וואט מותקן, היקף הייצור לא עבר את ה-10,000 ג'יגה והיה בממוצע כ-13.5% מסך המתקנים הקיימים (כ-5,000 מגה וואט).
שלב ד' – כמה אנרגיה מתחדשת צריך?
בואו נניח:
א.      שיש לנו אגירת אנרגיה בחינם
ב.       האגירה פועלת ב-100% מחזוריות
ג.        אין עלויות רשת לחבר מתקנים סולאריים ומתקני רוח נוספים
ד.       ניתן לבנות כמה מתקנים סולאריים ומתקני רוח שרוצים
ה.      אנחנו יודעים לחזות 21 ימים מראש באופן מדויק את מזג האוויר ואת הביקוש לחשמל
ו.        אין צורך ברזרבה נוספת
תחת כל ההנחות הלא סבירות הנ"ל, כמה אנרגיה מתחדשת הייתם חושבים שצריך לבנות, בתנאי הרוח והשמש הקיימים בפועל?
על מנת לספק את שיא הביקוש בשבוע האחרון (כ-77 ג'יגה וואט), נדרשת הקמה של 170 ג'יגה וואט של תחנות כוח סולאריות ורוח, כפי חמש מהיום ופי 2 מהיקף התחנות הקיימות.
רגע, לא סיימנו.
בקו הכחול אנחנו רואים את ייצור החשמל בפועל, ובקו הכתום את הביקוש. בסה"כ, הם שווים.
אבל אנחנו צריכים לאגור אנרגיה כדי לאזן ביניהם.
כמה אגירה אנחנו צריכים כדי לאזן את התנודתיות של ייצור החשמל?
7,288 ג'יגה וואט שעה אחסון חשמל.
זה נראה ככה:

וכך הגענו לחצות הלילה של ה-18 בפברואר, עם אחסון חשמל בהיקף עצום אך לא טעון. הסערה תמשיך עוד יום-יומיים.
 
הרבה מאוד הנחות אינן נכונות בתחשיב – כמעט כל ההנחות – הן מוטות לצד המאוד אופטימי, כגון העובדה כי מתקני אגירה מחזירים רק כ-80% מהחשמל שנכנס אליהם ומתקני רוח וסולאר הוקמו עד כה באזורים הטובים ביותר והיקף החשמל שייוצר במתקנים חדשים יהיה נמוך יותר או יעלה יותר (הוא במקומות בעלי צורך בפיתוח רשת הולכה נוספת), אך המסגרת המחשבתית מסבירה את הקושי בהגעה ל-100% אנרגיה מתחדשת.
 
סיכום

בניית מערכת החשמל על אנרגיה מתחדשת מרוח ושמש ואגירת חשמל בלבד, תעלה המון כסף – ישנה עלייה אקספוננציאלית בעלויות המערכת, והערך השולי של מתקן נוסף עד היקף מסוים הוא חיובי (כלומר, כדאי לשים מתקני רוח וסולאר בהיקף מסוים), אך מהיקף מסוים, הערך שלילי והולך וגדל לעלות אסטרונומית. בטכנולוגיות הקיימות, אי אפשר פרקטית להגיע ל-100% ייצור חשמל מרוח ושמש. כן, גם אם מחירי האגירה יירדו למחיר עלויות חומרי הגלם שלהם. השיפור הטכנולוגי (ככל שיגיע) יביא לשינוי שיווי המשקל ולהגדלה מסוימת בהיקף האנרגיה המתחדשת שניתן לשים ברשת ויביא לה ערך, זה לא קרוב ל-100%.
כל אגירת אנרגיה תשפר את אמינות מערכת החשמל, אולם בדומה לאנרגיה המתחדשת, בהיקפים קטנים יש לה ערך גבוה והערך השולי שלה הולך וקטן (מתקן האנרגיה שמאחסן חשמל בשביל יום השיא השנתי הוא בוודאי לא כלכלי).
הבעיה בטקסס אינה נובעת ממתקני רוח שקפאו, ורבות מהבעיות שקיימות בשוק בטקסס קיימות בשווקי חשמל אחרים בארה"ב ובעולם. אך הפתרון בהחלט אינו נמצא ב-100% אנרגיות מתחדשות.
במבט יותר רחב, התעקשות להגיע ל-100% חשמל מאנרגיה מתחדשת "בכל מחיר" מצביע על ערך כמעט אינסופי לפליטות פחמן, ואינו שונה מהטלת מס עצום כבר היום על פליטת פחמן (דרך עדיפה בכל מקרה), להשגת המטרה. היעד הוא פוליטי לחלוטין, לא כלכלי ואינו מעוגן בשום "מדע".

*כל הנתונים מה-EIA (סוכנות ממשלתית למידע בתחום האנרגיה) האמריקאי.

3 תגובות בנושא “איך מגיעים ל-100% אנרגיה מתחדשת

  1. נקרא כמו פוסט ב"בלוג הירוק". וזה נכתב לחיוב.
    ניתוח מעניין.
    100% אנרגיה מתחדשת זו משאלת לב של פוליטיקאים וסביבתנים אופטימיים להחריד, ולא יותר.
    אין בה שום מציאות כלכלית-רציונאלית (ובטח לא כזו שלא מסובסדת בכבדות על ידי משלם המיסים בחברה קפיטליסטית)… עד שהטכנולוגיה של אגירת האנרגיה לא תשיג את הטכנולוגיה של הפקת האנרגיה.
    היום פשוט כמעט ולא יודעים לאגור אנרגיה (חוץ מסכרים ואנרגיה שאובה ועוד אי אלו זוטות).
    את הברור מאליו, שלא אמורים לומר, פשוט לא אומרים – צריכים ***לצרוך*** פחות אנרגיה…
    וזה כבר תחום אחר של דיון.

    אהבתי

  2. אחלה פוסט. סקרת בקצרה תחום עצום.
    כדאי לתת הסבר גם לאנרגיה גרעינית למה ירדה היא לא אמורה להיות תלויה במזג אוויר (חוץ מזה שזאת אנרגיה נקייה כמו אנרגיית שמש ללא פליטות פחמן אבל זה לפעם אחרת).

    אהבתי

    1. תודה.
      האנרגיה הגרעינית ירדה בייצור מכיוון שחלק מהחיישני בטיחות באחת התחנות התקלקלו ממזג האוויר, על פי פרסומים בעיתונות.
      ייתכן שזה קרה גם בתחנות פחם וגז על פי הפרסומים, אם כי זה לא תואר בצורה ספציפית כמו בתחנה הגרעינית, אלא כתקלות כלליות שחלקן היו בטיחותיות.

      Liked by 1 person

להשאיר תגובה

הזינו את פרטיכם בטופס, או לחצו על אחד מהאייקונים כדי להשתמש בחשבון קיים:

הלוגו של WordPress.com

אתה מגיב באמצעות חשבון WordPress.com שלך. לצאת מהמערכת /  לשנות )

תמונת גוגל

אתה מגיב באמצעות חשבון Google שלך. לצאת מהמערכת /  לשנות )

תמונת Twitter

אתה מגיב באמצעות חשבון Twitter שלך. לצאת מהמערכת /  לשנות )

תמונת Facebook

אתה מגיב באמצעות חשבון Facebook שלך. לצאת מהמערכת /  לשנות )

מתחבר ל-%s