אקולוגיה וסביבה
לכל הדיונים

רב-שיח בנושא מתקנים קטנים לייצור משולב של חשמל וחום

 

 

תועלת למשק האנרגיה אל מול חשש לזיהום אוויר בקרבת מגורים

שחר בוקמן

 

הבית של כל אחד מאיתנו צורך אנרגיה רבה. 31% מצריכת החשמל בארץ מקורה במבני מגורים, ומתוכה 30% משמשת ליצירת נוחות תרמית – חימום בחורף וקירור בקיץ. למזגנים, שהם האמצעי השכיח לאקלום בישראל, יעילות צריכת אנרגיה נמוכה. במגזר הבנייה והמגורים נדיר השימוש בטכנולוגיות לחיסכון בצריכת אנרגיה, בעוד שבמגזר התעשייה, שהוא צרכן אנרגיה גדול גם כן, מהלכים להתייעלות בצריכת האנרגיה הם מראה שכיח. 

אקלום בתי מגורים בישראל נעשה ברובו המוחלט על-ידי הפעלת מכשירים מכניים המופעלים בחשמל. ייצור החשמל נעשה על-ידי שרפת דלק ופחם בטמפרטורה גבוהה בתחנות כוח גדולות. בתהליך זה נוצרת כמות גדולה של חום שיורי, הנפלט בטמפרטורה נמוכה. ישנן מערכות שיודעות לעשות בחום זה שימוש חוזר, אך בסופו של דבר חלק נכבד ממנו מתבזבז.

ייצור משולב של חשמל וחום (cogeneration) מתקיים במערכת שיש בה מנוע או תחנת כוח קטנה שמייצרים חשמל בעוד המערכת משתמשת בחום השיורי של התהליך כדי לספק אנרגיית חום. ישנן אף מערכות לייצור משולב של חשמל, חום וקור (trigeneration), ובהן החום השיורי מנוצל גם לאספקת קור. ייצור האנרגיה בסמיכות לצרכנים מפחית את הפחת הכרוך בהובלה ובחלוקה. יצרן אנרגיה פרטי שיש לו צורך לא רק בחשמל אלא גם בחום, יכול לנצל את שני סוגי האנרגיה וכך להפחית את הוצאות האנרגיה שלו. לדוגמה, מערכת ייצור חשמל בארה"ב היא בעלת נְצולת של כ-5%, בעוד שלמערכת משולבת של חשמל וחום יש נְצולת של כ-80%.

לפני פחות משנה פרסמה רשות החשמל את החלטתה באשר להסדרת פעילותם של מתקני ייצור בגז טבעי המחוברים לרשת חלוקת החשמל, שמטרתה לעודד את ביזור משק החשמל על-ידי הקמת מתקנים קטנים לייצור חשמל. לפי תחזית רשות החשמל, בשנת 2020 ייצור משולב של חשמל וחום עשוי להגיע ל-18% מתפוקת משק החשמל.

בין יתרונות הייצור המשולב ניתן למנות את החיסכון באנרגיה למשק הלאומי ולצרכן הפרטי, את הקטנת פליטות המזהמים הלאומיות ואת חיזוק משק החשמל על-ידי ביזור הייצור. לעומת זאת, בין חסרונותיו ניתן למנות פליטות מזהמים סמוך לבתי מגורים, יצירת תלות בגז טבעי על חשבון אנרגיות מתחדשות, ויצירת תמריץ לאי-התייעלות בשימוש באנרגיה ולאי-ניצול של אנרגיית השמש.

איך נכון לפעול? כינסנו מספר בעלי עניין בנושא להביע את עמדותיהם, והרי הן לפניכם בעמודים הבאים.

 

עמדת רשות החשמל בעניין מתקנים קטנים לייצור משולב של חשמל וחום – הצורך בהם והתמריץ הכלכלי

יוסי סוקולר

ראש אגף הסדרה, חטיבת רגולציה, רשות החשמל

 

מתקנים קטנים לייצור משולב של חשמל וחום (microgeneration, להלן מתקנים קטנים) הם תחנות כוח מבוססות גז טבעי בגודל זעיר (עד 16 מגה-ואט) הממוקמות סמוך למקום הצריכה ומחוברות לרשת חלוקת החשמל.

 

יתרונות וחסרונות של מתקנים קטנים

השוואת מתקנים קטנים לתחנות כוח גדולות המונָעות בגז טבעי מלמדת על מספר יתרונות ועל מספר חסרונות של המתקנים.

בין היתרונות ניתן למנות:

  • ביזור – תחנות קטנות אינן נכס אסטרטגי בפני עצמן, ולכן ביזור הייצור לתחנות קטנות מוריד את הפגיעות של רשת החשמל.
  • חיסכון בתשתיות הולכת חשמל – ניתן לחסוך בהקמת רשת הולכה לאזור שיש בו הרבה מתקנים קטנים.
  • נצילות – לרוב, מלבד הספקת חשמל לצרכן שבקרבתו מוקמת תחנת הכוח הזעירה, תחנת הכוח מספקת תוצר תרמי שנוצר אגב ייצור החשמל (קיטור להליכים תעשייתיים/ מים חמים/ מיזוג אוויר). יצוין שתועלת זו מופנמת ברובה בשיקולי הצרכן בהקמת התחנה.

 בין החסרונות של מתקנים קטנים ניתן למנות:

  • עלויות הקמה ותפעול גבוהות – עלויות ההקמה של מתקנים קטנים גבוהות משמעותית ביחס לאלה של תחנות כוח גדולות.
  • גובה ארובה נמוך וקרבה לאזורים מאוכלסים – למתקנים קטנים ארובות נמוכות יחסית (10–20 מטר) ולרוב הן ממקומות במרכזי אוכלוסין. לכן, הפליטה מהם משפיעה יותר על האוכלוסייה מפליטה של תחנת כוח גדולות.
  • חד-דלקיות – מתקנים קטנים אינם מגובים בדלק משני כמו תחנות כוח גדולות (המגובות בסולר). הדבר מוביל לתלות גדולה יותר באספקת הגז הטבעי.
  • היעדר גמישות – כיוון שמתקנים קטנים מייצרים חשמל בהתאם לפרופיל הצריכה של צרכניהם, הם אינם גמישים לייצור כמו תחנה גדולה העומדת כולה לרשות מנהל המערכת. היעדר גמישות זה, כאשר מסביב אנו עדים לחדירה מרובה של אנרגיות מתחדשות, יוצר אילוצי הפעלה על מנהל המערכת. לדוגמה, בשעות הצהריים כאשר פוטנציאל הייצור של אנרגיה מתחדשת הוא גבוה, מנהל מערכת של תחנת כוח גדולה ירצה בכיבויה, אך כיוון שהמתקן הקטן מייצר רק עבור צרכניו, אין כדאיות כלכלית לכיבוי יחידת הייצור.

 

האסדרה (רגולציה) הקיימת למתקנים קטנים והסיבות לקביעתה


לאור היתרונות של מתקנים קטנים פרסם שר האנרגיה ב-10.12.2017 עקרונות מדיניות לשילוב מתקנים קטנים בהספק של 300 מגה-ואט במשק החשמל. מטרות האסדרה שקבעה רשות החשמל הן:

  • עמידה בדרישות החקיקה – חוק משק החשמל מאפשר העברת חשמל לצרכן שנמצא בחצר היצרן (ולכן האסדרה חייבת לתמוך באפשרות זו).
  • עמידה במדיניות השר – על האסדרה לתמוך בהקמת מתקנים שיספקו 300 מגה-ואט.
  • הסדרה רוחבית למתקני ייצור – משק החשמל עובר לשוק סיטונאי, ומחיר החשמל ייקבע בו על סמך הביקוש וההיצע בכל חצי שעה. המחיר עבור כל קוט"ש מוזרם לרשת הוא המחיר הסיטונאי.
  • מתן תמריצים ההולמים את היתרון הכלכלי של המתקנים הקטנים – לאור העובדה שהתועלת של מתקנים קטנים לרשת נובעת מעצם קיומם ולא מהפעלתם השוטפת, התמריץ הכלכלי שנקבע להם הוא תעריף הספק לקו"ט מותקן ולא תעריף בגין האנרגיה המוזרמת לרשת (שעבורה מקבלים את מחיר השוק). כלומר, התמריץ ניתן בהתאם לפוטנציאל ייצור האנרגיה של המתקנים ולא בהתאם לייצור בפועל.

לסיכום, מדיניות שר האנרגיה להטמעת מתקני ייצור בהיקף של 300 מגה-ואט ברשת וחלוקת החשמל היא מעין בלון ניסוי לטכנולוגיה שטומנת בחובה יתרונות למשק החשמל לצד חסרונות. הרשות אינה מבחינה בין סוגי צרכנים, אזורים גאוגרפיים, נצילות ותבחינים נוספים, משום שאינם רלוונטיים בהכרח למשק החשמל, ומשום שישנו קושי בייצור כללים רוחביים לקביעת סדר עדיפויות כלכלי. בהינתן הרוחביות שנדרשת מהרשות בקביעת האסדרה, ההסדרה שקבעה הרשות משקפת באופן ההולם ביותר את התועלת המושגת ממתקנים מבוזרים.

 

מרכזי אנרגיה חדשים? רק מחוץ למרכזים עירוניים צפופים

ד"ר גיל פרואקטור

מנהל תחום אנרגיה ושינוי אקלים, המשרד להגנת הסביבה


בחודשים האחרונים צצות יוזמות רבות ברחבי הארץ להקמת מרכזי אנרגיה קטנים מבוססי גז טבעי המיועדים לספק חשמל ומים חמים לצרכנים תעשייתיים, מסחריים וביתיים. תחנות כוח וחום משולבות כאלה בתוך אזורי תעשייה עשויות להביא לשימוש יעיל באנרגיה ולחיסכון כלכלי למפעלים הצורכים קיטור נוסף על חשמל. לעומת זאת, הקמת תחנות כאלה בלב מרכזי אוכלוסין צפופים וסמוך למבנים רבי-קומות עלולה להביא לחשיפה חמורה ושלא לצורך של המוני אנשים למזהמי אוויר שונים ולהעמיד את בריאותם ואיכות חייהם בסכנה. על הממשלה ומוסדות התכנון להתוות מדיניות ברורה שמאפשרת הקמת מרכזי אנרגיה קטנים רק מחוץ למרכזי אוכלוסים צפופים וגבוהים.

בואו נלך צעד אחורה, וננסה להבין את הרקע לנושא – מדוע הוא עולה לכותרות עכשיו וכיצד ניתן לנצל את הזדמנויות ולהקטין את הסיכונים הנובעים ממרכזי אנרגיה כאלה. בתחילת השנה פרסמה רשות החשמל הסדרה להקמת מרכזי אנרגיה המייצרים באופן משולב חשמל וחום (קיטור או מים חמים, cogeneration) בהספקים קטנים יחסית, עד 16 מגה-ואט. בעקבות ההסדרה צפויים לקום מתקנים מסוג זה המייצרים חשמל וקיטור, ומתקנים נוספים המייצרים גם מים קרים (trigeneration). בתנאים מסוימים מרכזי אנרגיה כאלה עשויים להביא לייעול השימוש באנרגיה ולחיסכון כלכלי. לדוגמה, מפעל שיבחר להקים מרכז אנרגיה חדש ויעיל במקום להשתמש בדודי קיטור ובמקום לצרוך חשמל מהרשת, עשוי להגיע לנצילות אנרגיה גבוהה משמעותית ולחסוך בהוצאות האנרגיה שלו. נצילות האנרגיה עולה ככל שמתקן הייצור המשולב (עם או בלי מים קרים) מותאם יותר לפרופיל הצריכה התרמית (קיטור) היממתי של צרכנים סמוכים במרחק של עשרות עד מאות מטרים מהמתקן.

ישראל לא המציאה את הגלגל: במדינות הארגון לשיתוף פעולה ולפיתוח כלכליים (OECD) הצטבר ניסיון של עשרות שנים בהקמת מתקנים גדולים וקטנים לייצור משולב. מדינות שונות, כדוגמת בריטניה, מעודדות הקמת מרכזי אנרגיה בעלי נצילות אנרגיה גבוהה של כ-80%, המביאים לצמצום צריכת דלקים במדינה, לביזור ייצור החשמל ולהפחתת הוצאות התפעול של מפעלים ושל צרכני קיטור גדולים אחרים. רובם המכריע של מרכזי האנרגיה הללו הוקמו מחוץ למרכזי הערים וצמוד למפעלים, למרכזי מחקר, לבסיסי צבא ואף לבתי חולים ולשדות תעופה. ההכרה שמרכזי אנרגיה שורפים גז ולכן פולטים מזהמי אוויר מסוכנים לבריאות, הביאה מדינות וערים שונות להגביל – ולאחרונה, כמו שנעשה בלונדון, אף לאסור לחלוטין – הקמת מרכזי אנרגיה חדשים בלב שכונות מגורים.

כל מתקן השורף גז טבעי פולט מספר סוגים של מזהמי אוויר הפוגעים בבריאות האדם: תחמוצות חנקן, חלקיקים נשימים עדינים, תרכובות אורגניות נדיפות ופחמן חד-חמצני. כמויות הפליטה של כל מזהם תלויות בגודל המתקן, בטמפרטורת הבעירה שלו, בקיום אמצעי הפחתת פליטות ובמשטר ההפעלה שלו. למרות השונות הזאת, נתונים מהעולם ומהארץ מראים באופן ברור כי הפליטה הסגולית (גרם מזהם לקוט"ש מיוצר) ממתקן לייצור משולב בהיקף של מגה-ואטים בודדים גבוהה פי 4–10 מהפליטה הסגולית הממוצעת של תחנות כוח גדולות במחזור משולב. חומרת השפעת הזיהום העודף ממרכז האנרגיה על איכות האוויר במרחב הסמוך לו תלויה בגובה הארובות, במרחק הפיזי בינן למבנים ולריכוזי אוכלוסייה וגם בתנאים המטאורולוגיים וברמת זיהום האוויר הקיימת כבר בשטח מתחבורה, מתעשייה ומתחנות כוח גדולות.

האתגר העומד בפנינו בבואנו לשקול ברמה הלאומית את התועלת אל מול הסיכונים והחסרונות של מתקני אנרגיה קטנים ומבוזרים מורכב ומשמעותי, מאחר שמדובר בשקלול הסיכונים לבריאות האדם אל מול תועלת כלכלית מסוגים שונים. הוספת מתקן לייצור משולב לאזור תעשייתי אינה צפויה להשפיע משמעותית על המוני אנשים בגלל ריחוקם היחסי ממפעלים. לעומת זאת, הקמה של מתקנים כאלה בלב מרכזים עירוניים צפופים עלולה ליצור סיכון חמור לבריאותם של המוני אנשים. חומרת הזיהום צפויה להחמיר ככל שהמתקן ממוקם קרוב יותר למבנים רבי-קומות שעלולים להוות "מלכודת אוויר" לזיהום הנפלט מהארובה, ובכך להחמיר את משך החשיפה ואת ריכוזי המזהמים השונים.

לנוכח הסיכונים שפורטו לעיל אני סבור כי יש להימנע מהקמת מרכזי אנרגיה בלב שכונות מגורים ובשטחים עירוניים צפופים. לעומת זאת, ניתן לאפשר הקמת מרכזי אנרגיה כאלה מחוץ לריכוזי האוכלוסייה הצפופים וסמוך לצרכנים גדולים של אנרגיה תרמית, כדוגמת אזורי תעשייה, תוך הקפדה על תכנון המתקן כך שהנצילות הכוללת שלו תהיה גבוהה, כ-80%, כפי שמקובל במדינות אירופה וארה"ב.


ייצור שכונתי של אנרגיה ב'רובע הים' המתוכנן לקום בחדרה

אדר' ליטל שלף דורי

אדריכלית העיר וסגנית מהנדס העיר, חדרה

 

במסגרת לימודי תואר מוסמך בייעול השימוש במשאבים בתכנון ובאדריכלות (ב-HafenCity University Hamburg) התמקדתי בלימוד של district heating – "מפעל חום" המספק חום לבתים בסביבתו הקרובה, מייתר את הצורך במיזוג אוויר, ומביא לחיסכון של כ-40% בצריכת האנרגיה השכונתית. בתזה שלי בחנתי אספקה מרוכזת וחסכונית בחשמל של חום וקור לשכונת 'רובע הים' המתוכננת בצפון-מערב חדרה (בין גבעת אולגה לתחנת הכוח 'אורות רבין'). זמן קצר לאחר סיום לימודיי זכיתי להתמנות לתפקיד ביצועי בעיריית חדרה המאפשר לי להוביל תכנית שכזו.

שימוש בטכנולוגיות של ייצור משולב של חשמל, חום וקור (trigeneration) הוא מיטבי בשכונה שצפיפות המגורים בה דומה למקובל בבנייה רוויה – צפיפות גדולה מספיק כדי ליצור כדאיות כלכלית, אך השכונה מחולקת ל"יחידות שירות" קטנות מספיק כדי שלתושביהן תהיה תחושת שייכות למקום ואחריות. תהליכי קיימות לרוב דורשים ממשתמש הקצה להיות פעיל (למשל, לרצות לחסוך באנרגיה) ולכן חשוב ליצור תנאים תכנוניים שיתמכו ביצירת תחושות אלה.

בגלל תנאים תכנוניים ייחודיים בחדרה (שיעור הבעלות הפרטית על הקרקע גבוה מאוד – כ-93%) בוצע עבור 'רובע הים', מהלך תכנוני של איחוד חלקות וחלוקתן מחדש במסגרת קביעת תוכנית המתאר של העיר. המהלך הביא לתוצאה התכנונית הרצויה ברמה העירונית: הגדלת צפיפות הבנייה לרוויה ושיעור גבוה (70%) של הפרשות שטחים לצרכים ציבוריים. 'רובע הים' יתפרש על פני 2,700 דונם (לפני הפרשות לצורכי הציבור) וייבנו בו 10,000 יחידות דיור. הרובע ייבנה בארבעה שלבים. בכל שלב ייבנה מתחם בגודל של כ-2,500 יחידות שאנו מתייחסים אליו כ'מתחם ליבה לתשתיות'. גודל זה עונה לתנאים שתוארו קודם. כמו כן, בניית הרובע בארבעה שלבים מאפשרת לעדכן את בחירת טכנולוגיות ייצור האנרגיה למתקדמות ביותר בכל שלב בנייה. לכל מתחם תהיה חברת ניהול אנרגיה, ומשרדיה ימוקמו במוסדות הציבור במתחם ויהיו חלק מחיי אותה קהילה. ברובע יוקמו "מפעלי קור/חום" שיספקו את תוצרתם – חשמל, חום וקור – בצורה מרוכזת לכל מתחם ליבה. התוכנית מאפשרת לעשות דברים שבדרך כלל לא קיימים במגורים ובמבנים הציבוריים, למשל קומת מרתף עם תשתית טכנית לייצור אנרגיה. נוסף על כך, ניתן את האפשרות לייצור משולב של אנרגיה במבני ציבור, שיספקו את צורכיהם העצמיים ואת העודפים יספקו לגריד השכונתי. גיבוש תוכניות אלה נעשה בשיתוף עם משרד לייטרסדורף בן-דיין – אדריכלים ומתכנני ערים בע"מ ועם יועץ התשתיות החכמות אדר' רפי רייש.

במציאות של חדרה, ברור לנו שמשלב התכנון לביצוע יחלוף זמן רב. לכן התשתית התכנונית של השכונה אומנם נועדה להיות המתקדמת ביותר שניתן לחשוב עליה כיום, אך היא שואפת לאפשר גמישות לשימוש בטכנולוגיות עתידיות. אם נכתיב היום שימוש בטכנולוגיה מתקדמת מסוימת, היא עלולה להיות מיושנת בעוד 5–10 שנים. לכן, השאלה אינה אם לקדם ייצור משולב של חשמל, קור וחום, אלא מה יהיה מקור האנרגיה עבור ייצור זה. בזמן הקרוב המקור יהיה גז טבעי, אבל התוכנית מאפשרת החלטה עתידית שונה באשר למקור האנרגיה ולטכנולוגיה, בהתאם לאפשרויות שיהיו זמינות בעתיד.

שיתוף הפעולה של התושבים והפגת חששות אפשריים מזיהום אוויר יושגו על-ידי הסברה, כי הרי ידע הוא כוח. התושבים יראו את התועלת האישית במיקום תשתית אנרגיה סמוך לביתם: כדאיות כלכלית, אנרגיה זולה, היעדר רעש ממזגנים בתוך הבית ומהמנועים שלהם, פינוי שטח הגג לשימושים אחרים. כבר כיום פועלות תחנות קטנות לייצור משולב של אנרגיה בסמיכות למגורים במדינות מערביות רבות, כך שאת החשש מהשפעות סביבתיות שליליות ניתן להפיג על בסיס עובדות. ניתן למנוע זיהום אוויר משמעותי, כשהמערכות מנוהלות באופן מקצועי, מרוכז ותחת פיקוח קפדני. 'רובע הים' אינו נושא בחובו המצאות וחידושים טכנולוגיים, אך החידוש הטמון בתכנונו הוא בהתאמות שבוצעו למסגרת החקוקה (הסטטוטורית) של ישראל.

 

הקמת תחנות כוח מונָעות דלק מחצבים בשכונות מגורים בכייה לדורות





כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר. שדות החובה מסומנים *

רב-שיח בנושא מתקנים קטנים לייצור משולב של חשמל וחום

- מודעה -

לראש העמוד