עמוד ראשי > גאוגרפיה > אנרגיה מתחדשת

אנרגיה מתחדשת

אנרגיה מתחדשת (בלתי מתכלה)

החשמל כמקור אנרגיה

 

אנרגיית המים הזורמים היא החלופה החשובה ביותר לאנרגיה המופקת ממקורות מתכלים. רק לפני פחות מ – 100 שנים למד האדם לנצל מחדש את כוח המים הזורמים כמקור להפעלת חשמל. החשמל אינו מקור אנרגיה אלא צורת אנרגיה שניתן להפיקה בשיטות שונות, למשל:

  1.                  חשמל תרמי – מהחום הנוצר משריפת חומרי אנרגיה דוגמת הפחם, הנפט והגז.
  2.                 חשמל הידראולי – ע”י ניצול של אנרגיית תנועה וזרימה של מים.
  3.                 חשמל גרעיני – הפקת חשמל מאנרגיה גרעינית האצורה בחומרים רדיואקטיביים, אורניום למשל.

ישנן שיטות נוספות להפקדת חשמל, כגון: רוח, שמש, גיאות ושפל, מקורות גיאותרמיים. לחשמל המופק ממקורות בלתי מתכלים יש שני יתרונות מובהקים: היותו תלוי במקורות בלתי מתכלים והעובדה כי ייצורו נקי מבחינה סביבתית.

לחשמל כצורת אנרגיה יש מספר יתרונות ומספר חסרונות:

יתרונות:

                              ·          הובלה קלה, מהירה וזולה, לאחר השקעות ראשוניות יקרות.

                              ·          ניתן לווסת את השימוש בו ולפצל את השימוש ליחידות קטנות או גדולות.

                              ·          יעילות וגמישות בשימוש.

                              ·          שימוש נקי ואינו מזיק לסביבה לרוב.

חסרונות:

                              ·          יש הפסד אנרגיה לאורך מרחק. לכן המרחק המרבי להובלתו אינו עולה על 700 ק”מ בדר”כ.

                              ·          עלויות ראשוניות יקרות של הקמת רשת חשמל.

                              ·          לא ניתן לאגור אותו וצריכתו נעשית באותו הרגע.

                              ·          תלות רבה (שימושים ביתיים, תעשייה, רפואה, מסחר וכל תחומי החיים).

מהסיבות הנ”ל, החשמל מוגבל בשימושו ונפוץ פחות במדינות מתפתחות לעומת מפותחות. ייצור אנרגיה חשמלית וחלוקתה בין תושבי המדינה מהווה מדד חשוב לרמת החיים. ככל שהתל”ג לנפש גבוה יותר, יש יותר שימוש בחשמל לנפש באותה מדינה.

החשמל ההידראולי

החשמל ההידראולי מהווה כ – 20% מכלל החשמל המיוצר בעולם (7% מסך ייצור כל האנרגיה). כמות האנרגיה המופקת ממים זורמים תלויה בכמות המים, עצמת הזרימה ושיפוע הזרימה. מאחר והנתונים הללו אינם שכיחים בטבע, יצר האדם תנאים מלאכותיים, כגון: סכרים גדולים וטורבינות הידראוליות. האנרגיה ההידרואלקטרית מופקת כתוצאה מזרימת מים בהפרשי גובה. הסכרים אוגרים את המים במאגרים וכשיש צורך באנרגיה, פותחים מעברים צרים למים ומאפשרים להם ליפול דרך טורבינה המחוברת לגנרטור המייצר חשמל.

הפקת חשמל בתחנות הידרו-אלקטריות זולה יותר מהפקת חשמל בתחנות תרמיות, אולם ההשקעות הראשוניות בתחנות הידרו-אלקטריות גבוהות יחסית ותחנה מסוג זה נחשבת ל”נוקשה” מבחינת גורמי מיקומה, לעומת התרמית, שהיא יותר “גמישה”.

תנאים גיאוגרפים להקמת תחנות הידרו-אלקטריות:

  1. כמות משקעים גדולה של 750 מ”מ גשם בממוצע לשנה.
  2. מבנה גיאולוגי מתאים: סלעים המונעים חלחול ומאפשרים נגר עילי מירבי ויצירת מאגרי מים.
  3. תנאים טופוגרפיים מתאימים: שיפעים חזקים, מפלי מים ועמקי זרימה צרים, המאפשרים הקמת סכרים.
  4. קירבה לקהל הצרכנים ומרכזי האוכלוסייה.

 

ייצור חשמל הידראולי במקומות שונים בעולם:

ארצות הברית: בראשית שנות השבעים, יותר מ – 100 מפעלים גדולים סיפקו אנרגיה הידרו-אלקטרית. אחרי משבר הנפט של 1973 נוספו תחנות הידרו-אלקטריות, במיוחד באזור צפון-מזרח ברצועת החרושת. באזור זה הכושר ההידרו-אלקטרי הרב נובע מכך, שהנהרות מזרימים מים רבים במשך כל השנה, והאפיקים העמוקים מתחתרים בסלעי היסוד הקשים, המהווים בסיס טוב לבניית סכרים.

המפעלים ההידרו-אלקטריים הגדולים הוקמו במערב, בהרי הרוקי ובעיקר בנהרות קולומביה וקולורדו. הנהר קולומביה ויובליו מספק כשליש מהתפוקה ההידרו-אלקטרית בארה”ב. המפעל הגדול הוא “הגרנד קולי” על נהר קולומביה. בנהר קולורדו נמצא “סכר הובר”, מהגדולים בעולם, המספק מים וחשמל למרחקים גדולים, ובעיקר לתעשייה בקליפורניה. מפעלים חשובים אחרים הם : “סכר פרקר” על הקולורדו, ממנו מגיעים המים ללוס-אנג’לס ולסאן-דיאגו, ו”סכר אימפריאל”. הגדול שבין המפעלים ההידרו-אלקטריים הממוקמים על האגמים הגדולים הוא “מפעל ניאגרה”, הממוקם על מימי נהר הסנט-לורנס, המחבר בין אגם אונטריו לאגם אירי ומהווה גם נתיב תחבורה חשוב. הנהר מתפצל, ובהמשך נופלים שני מפלים: המפל הקנדי מגובה של 48 מ’ והמפל בארה”ב מגובה של 51 מ’.

 בצד של ארה”ב ממוקמים שני מפעלים הידרו-אלקטריים גדולים שכושר ייצורם הוא 1.2 מיליון קילוואט חשמל (שווה בערך לזה של כל מדינת ישראל ב – 1980 ) שרובו מועבר לניו-יורק.

על הנהר טנסי הוקמה מערכת של 71 סכרים. מפעלי המים של הטנסי ויובליו מציגים שימוש רב-תכליתי במים: אנרגיה הידרו-אלקטרית לתעשייה ולחקלאות, סכירה למניעת בליית קרקע ושטפונות. מפעל עמק טנסי הביא להתיישבות מחודשת באזור שהיה נטוש בגלל הרס הקרקע.

מדינות מערב אירופה: התפתחות ניכרת  בשימוש באנרגיה הידו-אלקטרית, במיוחד לאחר מלה”ע ה – 2, באזורים ההריים של מדינות סקנדינביה, בהרי האלפים ובהרי הפירינאים. בנורבגיה ניצול אנרגיה זו הוא הגבוה ביותר ומגיע לכמעט 100% לצורך הפקת חשמל.

אזורים אחרים: במדינות ואזורים נוספים בעולם משתמשים באנרגיה הידרו-אלקטרית לצורך הפקת חשמל: יפן, הודו, ברזיל, סין, אוסטרליה, ני-זילנד.


בישראל: החשמל המופק הוא כולו תרמי. תחנות הכוח שוכנות לאורך חופי הים התיכון: בחיפה, חדרה (אורות רבין), תל-אביב (רידינג), אשדוד (אשכול) ובאשקלון (רוטנברג). בשנת 1997, היה כושר הייצור של תחנות הכוח למעלה מ – 7,800 מגוואט. חברת החשמל נוסדה בשנת 1923 ע”י פנחס רוטנברג.

 

האנרגיה הגרעינית (האטומית)

 אנרגיה זו מופקת מחומרים בעלי רדיו-אקטיביות גבוהה, ובראשם האורניום. ניצולו אפשרי רק במדינות מפותחות במיוחד. לאנרגיה הגרעינית ישנה השפעה כלכלית ניכרת, אולם תוצאותיה מורגשות יותר בתחום היחסים הבינלאומיים, ובתרומתה הרבה ל”מאזן הטרור” שהיה בין שני הגושים וקיים עדיין בין מדינות שונות.

ניצולו המסחרי והתעשייתי של הכוח הגרעיני (האטומי) התפתח מאוד בשנים האחרונות. למרות שהוא נבלם מעט מסיבות של שמירת איכות הסביבה, יכולת הייצור שלו היא כ –  12% מהאנרגיה החשמלית בעולם. הריאקציה הגרעינית הראשונה בוצעה בשיקגו בשנת 1943, כאשר החל “עידן האטום”, רוב המחקר הופנה תחילה למטרות מלחמתיות, אולם היום יש לרוב המדינות המתועשות כורים גרעיניים להפקת חשמל.

הבעיה הגיאוגרפית המרכזית קשורה במציאותו של החומר הרדיואקטיבי האורניום, המספק את הכוח האטומי, ובשטחים בהם מוקמים מפעלי הייצור של אנרגיה זו. כמות האנרגיה האצורה בקילוגרם אחר של אורניום 235 שווה ל-2,000 טון נפט בקירוב. המתקנים הגרעיניים גדולים ומשתרעים על פני שטחים נרחבים, ומטעמי ביטחון ובטיחות הם מרוחקים בדרך כלל ממקומות מיושבים.

קנדה, אוסטרליה וקזחסטן הן מפיקות האורניום החשובות ביותר, וביחד עם ארה”ב ודרום אפריקה מספקות כשני שלישים מהתפוקה הכוללת.

הבעיות והסכנות בתהליך ייצור המסחרי של האנרגיה הגרעינית:

  1.                  פיזור חומרים רדיואקטיביים באטמוספירה כתוצאה מדליפה או התפוצצות. אירועים מסוכנים כאלה אירעו כבר בעבר, המאוחר (16.4.86) והמפורסם יותר, נודע כאסון צ’רנוביל. בהתפוצצות ליבת אחד הכורים הגרעיניים פשטה שריפה, והשתחררו כמויות גדולות של חומרים רדיואקטיביים. החומרים התפשטו באטמוספירה שמעל שטחים נרחבים בברה”מ, מזרח אירופה וסקנדינביה וגם למערב אירופה. אחת התוצאות של אסון צ’רנוביל הייתה, שמדינות רבות ברחבי אירופה ובצפון אמריקה, הפסיקו להקים תחנות כוח גרעיניות, ואף הפסיקו לתפעל חלק מן התחנות הקיימות. בשבדיה החליטו בשנת 1995 בעקבות אסון צ’רנוביל להפסיק באופן מוחלט את ייצור האנרגיה הגרעינית עד שנת 2010.
  2.                  היפטרות מפסולת רדיואקטיבית באתרים הממוקמים באזורים נידחים, הסובלים מתופעת ה – NIMBY.
    גניבת דלק גרעיני על-ידי קבוצות קיצוניות (טרוריסטים), ושימוש בו כנשק המאיים על שלום העולם.
    במישור הכלכלי, דרושות השקעות ענק בבניית תחנת כוח גרעינית, בהפעלתה ובאחזקתה השוטפת, הכוללת גם אמצעי מיגון ושמירה על תיקני בטיחות מיוחדים. לכן, תחנות כוח גרעיניות אינן מוקמות בדר”כ במדינות לא עשירות.
  3. במדינות החסרות מקורות אנרגיה אחרים, כגון צרפת ויפן, תופס החשמל הגרעיני חלק נכבד ממקורות האנרגיה, לעומת מדינות העשירות במקורות אנרגיה אחרים, שם מקובל פחות ייצור החשמל הגרעיני. תחנות כוח גרעיניות נפוצות יותר במזרח ארה”ב, במיוחד בניו אינגלנד, בה מיוצר רוב החשמל בתחנות אלו.

מקורות אנרגיה אחרים

ביו-אנרגיה: זו האנרגיה אשר מקורה בחומר אורגני מהחי והצומח. החומר האורגני נקרא בשם כולל ביו-מסה. כל חומר שמקורו בחי ובצומח נקרא ביו-מסה. החסרונות העיקריים:

                 ·          בתהליכי הבעירה נוצרות תחמוצות חנקן המעודדות יצירת גשם חומצי.

                 ·          בעירת הביו-מסה פולטת חומרים מזיקים רבים לאטמוספירה.

                 ·          כריתת יערות בלתי מבוקרת גורמת לפגיעה במאזן האקולוגי שעל פני כדוה”א.

היתרונות העיקריים:

                 ·          מקור אנרגיה מתחדש.

                 ·          פותר בעיית אחסון פסולת ביו-מסה.

                 ·          ניתן להפקה במפעלים קטנים.

                 ·         כיסוי משטחים גדולים של קרקע בגידולים מיוחדים עבור יצירת ביו-מסה לצורך הפקת אנרגיה, יקטינו את הסחף.

הביו-אנרגיה כמקור אנרגיה מהווה כ – 15% מסך הצריכה העולמית. חלק עיקרי ע”י בעירה פשוטה של ביו-מסה במדינות עולם שלישי ומעט ע”י הפיכתה לדלק במדינות מפותחות. במדינות עולם שלישי כמו נאפל, אתיופיה וטנזניה, הביומסה מהווה בעשור האחרון של המאה ה – 20 כ – 90% מתצרוכת האנרגיה.

דוגמאות לחומרי ביו-מסה: עצי היער, חומרי פסולת אורגניים (זבל בהמות, פסולת של גידולים חקלאיים כמו ה”בגס”, שנותר במפעלי הייצור של סוכר הקנה).

 

אנרגיית הרוח: אנרגיה זו מופקת מניצול משבי רוח למטרת הנעת מערכות מכניות כגון טורבינות המשמשות להנעת גנרטורים המייצרים חשמל. אנרגיית הרוח היא מקור האנרגיה בלתי מתכלה בעל קצב הגידול הגדול ביותר בתחילת המאה ה – 21. את הכדאיות הכלכלית קובעים המשתנים הבאים: מיקום הטורבינה ביחס לרוח וביחס ליישובי הסביבה ומשטר הרוחות באזור. כלומר, החסרון הגדול נובע מהעובדה שזרימת הרוח אינה קבועה ולא תמיד בעוצמה הדרושה. מעטים האזורים המאוכלסים על פני כדור הארץ, בהם קיים משטר רוח מספק ליצירת אנרגיה. הבעיה הכלכלית העיקרית בשימוש באנרגיית הרוח היא ההשקעה הראשונית הגבוהה של רכישת והתקנת הטורבינות המהווה כ – 80% מסך ההוצאות הנדרשות. השקעה זו נדרשת בפרק זמן קצר יחסית. רוב השימוש באנרגיה זו הוא באירופה ובעיקר בגרמניה ודנמרק המפיקה כ – 15% מאנרגיית הרוח המופקת בעולם. כמו כן, חוות רוח הוקמו בארה”ב, רובן בקליפורניה ובהוואי. באזור המזרח התיכון מתחילה להיות עלייה בניצול אנרגיית הרוח ובמיוחד בדרום ספרד, איטליה, מצריים, מרוקו וטורקיה. עתיד השימוש באנרגיית הרוח נראה מבטיח מהסיבות הבאות:

                 ·          תחרותיות כלכלית מול שיטות אחרות להפקת חשמל.

                 ·          עלייה בביקוש לחשמל.

                 ·          מדיניות כלל עולמית של מעבר לשימוש באנרגיות בלתי מתכלות.

                 ·          כדאיות כלכלית בסופו של דבר.

 


אנרגיה גיאותרמית: מקור כוח אשר מוצאו בחום האצור בתוך כדור הארץ, בייחוד בקווי החולשה שבקרום כדוה”א. החום מנוצל ממים חמים או קיטור המופקים מקידוחי עומק. אנרגיה זו מנוצלת באזורים עם פעילות וולקנית, כגון: איסלנד, איטליה, מערב ארה”ב, יפן, מקסיקו, הפיליפינים וניו זילנד. בשנים האחרונות נערכים בישראל חיפושים לגילוי מקורות אנרגיה גיאותרמיים. החיפושים מתרכזים לאורך שקע הירדן, ובמיוחד דרומית לסדום, שם מקווים לגלות קיטור בטמפרטורה של 250-300 מעלות צלזיוס אשר יוכל להוות מקור להפקת חשמל.

יתרונות:

                 ·          אנרגיה ללא זיהום סביבתי.

                 ·          מקור אנרגיה אמין באותם מקומות בהם היא קיים.

                 ·          אינו דורש שטחי קרקע גדולים (בהשוואה לניצול מקורות אנרגיה אחרים).

                 ·          גמישות בשימוש.

חסרונות:

                 ·          ניתן לניצול מקומי בלבד באותם מקומות בהם הוא מתגלה.

                 ·          יש להחזיר את המים החמים לתוך מעמקי האדמה כדי למנוע שקיעת קרקע והמלחת מי שתייה.

                 ·          נדרש קידוח עמוק ויקר.

                 ·         נדרשת השקעת משאבים גדולה מראש בשלב הקידוח והכנסת הצנרת. כל זאת לפני תחילת השימוש השוטף.

הכדאיות הכלכלית של השימוש באנרגיה זו נקבעת לפי הפרמטרים הבאים: מיקום האתר, עומק הקידוח הנדרש, טמפרטורת המים, לחץ הקיטור הנפלט מהאדמה, קצב אפשרי לשאיבת המים או הקיטור, כמות המלחים במים והרכבם.

 

אנרגיית השמש (סולרית): נהוג להפריד אנרגיה סולרית למטרות ייצור חום (אנרגיה תרמית) ואנרגיה למטרות ייצור חשמל באמצעות תאים פוטו-חשמליים. את ערכה הכלכלי של אנרגיה זו קובעים המשתנים הבאים:

                 ·          חלופות של מקורות אנרגיה אחרים.

                 ·          מיקום האתר הסולרי ביחס לזווית השמש וביחס לצרכן.

                 ·          עלויות הקמת המתקנים הסולריים.

                 ·          עלויות אחסון ותחזוקה.

לאנרגיה הסולרית אין את אותם הסיכונים שיש בהפקת האנרגיה הגרעינית ואין קשיי הובלה. היא נמצאת כמעט בכל מקום, אם כי עוצמתה משתנה בהתאם לרחבים הגיאוגרפיים ובהתאם לעונות השנה. אנרגיית השמש מנוצלת באזורים עשירי קרינה, כגון: דרום-מערב ארה”ב, ישראל ועוד, אולם גם בהם היא אינה מהווה עדיין אלטרנטיבה לתחנות כוח. ניצול אנרגיה זו יוכל להחליף בעתיד חלק ממקורות האנרגיה המתכלים בתחום צריכת החשמל, בייחוד בכל הנוגע למתקני קירור (מקררים, מזגנים) וחימום ביתיים (דודי שמש).

 

בישראל: נעשו ניסיונות מוצלחים בבקעת ים המלח ועברו לייצור מסחרי של חשמל, המופק מבריכות מים שמולאו במי ים המלח. בריכות שמש הן מקווה מים גדול, טבעי או מלאכותי המכיל מלחים בריכוז גבוה, אך מאורגנים בשכבות המשתנות בעוצמת מליחותן עם הירידה לעומק. שכבת המים העליונה מכילה פחות מלח וככל שמעמיקים בבריכה נעשה ריכוז המלח גבוה יותר. מי הבריכה מקבלים קרינה אחידה בכל נפח המים, אך כתוצאה מהמליחות השונה לאורך עומק הבריכה, שכבת המים העליונה נשארת קרה יחסית וככל שמתקרבים לקרקעית נעשים המים חמים יותר עד שמגיעים  לרתיחה. הסיבה לכך היא שקרני השמש מחממות טוב יותר מים בעלי ריכוז מלח וככל שהריכוז גבוה יותר, התחממותם מהירה ויעילה יותר. בגלל הריכוז הגבוה של המלח בשכבה התחתונה, אין בריחת חום בלילה (הבא לביטוי באובדן של מספר מעלות צלזיוס בין היום ללילה). קרני השמש חודרות דרך השכבות העליונות המכילות פחות מלח ומחממות יותר את השכבות התחתונות בעלות תכולת מלח גבוהה. למעשה, מבנה שכבות המלח במים יוצר מעין מלכודת חום המונעת מהמים החמים לעלות לשכבות העליונות ובכך נמנעת בריחת חום מהבריכה.

המים החמים שבתחתית הבריכה הופכים על ידי כך לנוזל חם מאוד הזורם בצינורות, הן כנוזל והן בצורת אדים חמים. המים והאדים החמים נשאבים למערכת צינורות ומחממים סוג מסוים של נוזל היוצר קיטור המפעיל טורבינה לייצור חשמל. הקיטור אינו הולך לאיבוד, ועובר תהליך של עיבוי וחזרה בצינורות אל תחתית הבריכה כדי להפוך שוב לאדים וחוזר חלילה. בחבל קליה שבצפון ים המלח הוקמה בריכת שמש המפיקה חשמל. בריכת השמש מהווה מעין מאגר יעיל לאחסון חום של אנרגיית השמש שכמעט ואינו מושפע מהסביבה החיצונית.

בקליפורניה מנסים את שיטת מגדל השמש: קרני השמש מרוכזים באמצעות גוף מתכת שטוח בצורת פרבולה, יחד עם מערכת מראות קעורות הנמצאות בו. המערכת עוקבת אחרי מהלכה היומי של השמש באמצעות מחשבים. בתוך גוף המתכת נמצא שמן סינתטי המגיע לטמפרטורה של 390 מעלות צלזיוס. הנוזל מרתיח מים, אשר הופכים קיטור ומפעילים טורבינות המפיקות חשמל.

בדקו גם

מקורות אנרגיה

 מקורות אנרגיה מבוא כללי התעשיות השונות זקוקות למקורות אנרגיה וכוח מסוגים שונים. עוד מימי קדם …