איך מייצרים חשמל? כל מה שצריך לדעת על הנושא

אחת השיטות הנפוצות ביותר לייצור חשמל היא שריפת דלקים מאובנים כמו פחם ונפט. בתהליך זה הדלק נשרף בתנורי קיטור ענקיים, המייצרים חום רב. החום משמש להרתחת מים וליצירת קיטור בלחץ גבוה. הקיטור מסובב טורבינות קיטור, המחוברות לגנרטורים המייצרים חשמל. שיטה זו מהווה את עיקר ייצור החשמל בעולם, אך היא גם אחראית לפליטת גזי חממה ומזהמים נוספים לאטמוספרה. בשנים האחרונות התחילה מהפכה בתעשיית ייצור החשמל, בין היתר על ידי שימוש בגז טבעי, אנרגייה סולארית וכן תהליכי אגירת אנרגייה. בואו נעבור על כל מה שכדאי לדעת בנושא זה ונלמד איך מייצרים חשמל.

לא רק שריפת דלקים: איך מייצרים חשמל בשיטות נוספות?

ייצור חשמל מאנרגייה גרעינית

אפשר לייצר חשמל גם באמצעות כורים גרעיניים. בכורים אלו מתרחש תהליך של ביקוע גרעיני מבוקר, שבו אטומים של יסודות כבדים (כמו אורניום) מתפצלים ופולטים כמויות גדולות של אנרגייה. החום הנוצר בתהליך זה משמש גם הוא להפקת קיטור להנעת טורבינות הקשורות לגנרטורים, בדומה לתהליך המתרחש בתחנות כוח המבוססות על פחם. היתרון העיקרי של אנרגייה גרעינית הוא שלא נפלטים גזי חממה. החיסרון? הוא כולל סיכונים סביבתיים ובטיחותיים, מה שמעורר התנגדות רבה.

ייצור חשמל מאנרגיות מתחדשות

בשנים האחרונות, עם העלייה במודעות לשינויי האקלים והצורך בהפחתת הפליטות, גובר העניין בשימוש באנרגיות מתחדשות לייצור חשמל. מדובר בתהליכי אגירת אנרגייה ושימוש בה. אנרגיות אלו כוללות בעיקר אנרגייה סולארית, רוח והידרואלקטריות. הן נחשבות לנקיות יותר ולבנות-קיימא, מכיוון שאינן דורשות שריפת דלקים מזהמים. עם זאת, השימוש בהן מוגבל יחסית בשל תנודתיות התפוקה התלויה בתנאי מזג האוויר ובשעות היממה, ובשל המחיר הגבוה יחסית של הטכנולוגיות הנדרשות לניצול.

ייצור חשמל סולארי (פוטו-וולטאי)

ייצור חשמל סולארי מתבצע באמצעות התקנים פוטו-וולטאים, המורכבים מתאים סולאריים המסוגלים לבצע אגירת אנרגייה מהשמש ולהמיר אותה לאנרגייה חשמלית. בתאים נמצא חומר מוליך למחצה, בדרך כלל סיליקון. היתרון הגדול של טכנולוגיה זו הוא האפשרות להקים מערכות סולאריות מבוזרות על גגות של מבנים, ולא רק בשטחים פתוחים. עם זאת, החיסרון העיקרי הוא התלות בשעות אור השמש ובתנאי מזג האוויר.

ייצור חשמל מאנרגייה הידרואלקטרית

ייצור חשמל הידרואלקטרי מתבצע באמצעות הקמת סכרים על נהרות. מי הנהר זורמים דרך תעלות ומסתחררים בטורבינות המחוברות לגנרטורים, וכך הופכים את האנרגייה הקינטית של הזרימה לאנרגייה חשמלית. יתרונותיו של ייצור חשמל הידרואלקטרי הם עלויות תפעול נמוכות יחסית לאורך זמן, והאפשרות לווסת את עוצמת הזרימה ולשלוט בהספק. מנגד, הקמת הסכרים כרוכה בהשקעה ראשונית גבוהה, בהצפת שטחים נרחבים ובשינוי בתי הגידול של בעלי חיים רבים.

אגירת חשמל

אתגרים באגירת חשמל

אחד האתגרים המשמעותיים ביותר בתחום החשמל הוא אגירתו לטווח ארוך. חשמל הוא מוצר שקשה לאגור, ולרוב הוא מיוצר ונצרך באופן מיידי. הצורך באגירת חשמל נובע בעיקר מהרצון לגשר על הפער בין הרגע שבו הוא מיוצר לבין הרגע שבו יש לו ביקוש. האתגר עולה בעיקר כאשר מדובר בחשמל המופק ממקורות אנרגייה מתחדשים כמו שמש ורוח, שהם בעלי זמינות משתנה. אגירת אנרגייה יעילה תאפשר לווסת עומסים ולספר את היציבות ואת האמינות של אספקת החשמל, וכן לחסוך במשאבים ולצמצם את הצורך בהקמת תחנות כוח חדשות.

פתרונות אגירה עתידיים

השיטה המקובלת ביותר היום לאגירת חשמל בקנה מידה גדול היא באמצעות תחנות כוח השואבות מים לאגם עליון כשיש עודפי ייצור, ומנצלות את נפילתם חזרה לאגם תחתון להנעת טורבינות כשיש ביקוש. אולם יש צורך בפתרונות אגירה משופרים. אחד הכיוונים המבטיחים הוא שימוש בסוללות מתקדמות, בעלות צפיפות אנרגייה גבוהה וחיי שירות ארוכים. דוגמה לכך היא טכנולוגיית סוללות הליתיום-יון, שכבר מיושמת בהצלחה בתעשיית הרכב החשמלי וצפויה להתרחב לתחום אגירת החשמל הנייח. חשוב להכיר את החשיבות שבקידום טכנולוגיות אגירה חדשניות ואת הפוטנציאל לצמיחה הכלכלית שהן כוללות. חברות, קרנות וארגונים כמו קרן ג'נריישן כבר זיהו את הפוטנציאל, והן משקיעות בפרויקטים לייצור אנרגייה סולארית ורוח. הן מתמקדות בטכנולוגיות מתקדמות ובפתרונות יעילים.

איך מייצרים חשמל בארץ?

היסטוריה והתפתחות

ייצור החשמל בישראל החל עוד בתקופת המנדט הבריטי, עם הקמת תחנות כוח עירוניות מקומיות. עם קום המדינה משק החשמל נוהל על ידי חברת החשמל הממשלתית. בשנות ה-50 וה-60 הוקמו תחנות כוח אזוריות גדולות, ורשת ההולכה הארצית הורחבה. החל משנות ה-90 בוצעו רפורמות שנועדו לפתוח את המשק לתחרות, אך בפועל חברת החשמל נותרה השחקן המרכזי בו. בעשורים האחרונים החלה מגמה של הקמת תחנות כוח פרטיות המוסבות לשימוש בגז, במטרה להוזיל את החשמל ולהפחית פליטות גזי חממה.

שימוש באנרגיות מתחדשות

בשנים האחרונות שוק האנרגייה עובר שינויים משמעותיים, עם מעבר הדרגתי לייצור חשמל ממקורות אנרגייה מתחדשים והתפתחויות טכנולוגיות בתחום. קרנות כמו קרן ג'נריישן, שהיא גוף מוביל בהשקעות אנרגייה בראשו של ארז בלשה, נדרשות להתאים את עצמן ואת אסטרטגיית ההשקעה שלהן לשינויים אלו.

השימוש באנרגיות מתחדשות לייצור חשמל בארץ עדיין נמוך יחסית, אבל נמצא בעלייה מתמדת. קצב גידול השימוש באנרגייה סולארית עומד על כ-30% בשנה, וצפוי להאיץ עם הוזלת העלויות ועם הסרה של חסמים רגולטוריים. בהתאם ליעדי הממשלה, עד 2030 יגיע חלקן של האנרגיות המתחדשות לכ-30% מסך ייצור החשמל. מדובר ביעד אפשרי אך מאתגר, שידרוש תכנון מקיף ושיתוף פעולה בין כל הגורמים הרלוונטיים – הממשלה, חברת החשמל, יזמים ורשויות מקומיות.

לסיכום

מדינות רבות, ובהן ישראל, התחייבו לעמוד ביעדים של אגירת אנרגייה ומעבר לאנרגייה מתחדשת כחלק מהמאמץ העולמי להתמודדות עם משבר האקלים. בעתיד צפוי שילוב הולך וגובר של מערכות סולאריות ורוח במשק החשמל, תוך הקמת מערך תשתיתי לאגירה ולאיזון עומסים. מגמה נוספת שתואץ היא מעבר לרשתות חשמל חכמות ומבוזרות, המשלבות אינספור יצרנים-צרכנים זעירים לצד תחנות הכוח הגדולות. עם התכנון הנכון והמשך ההשקעה במחקר ובפיתוח, עתיד ייצור החשמל הנקי נראה קרוב מאי פעם.