אנרגיית רוח
מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
אנרגיית רוח היא אנרגיה האצורה ברוח. מאנרגיה זו אפשר להפיק עבודה ולרתום את כוחה לביצוע מטלות שונות לטובות האנושות, כגון השטת סירות מפרש, הפעלת טחנות רוח והפעלת טורבינות חשמל.
תוכן עניינים |
[עריכה] מהי הרוח וכיצד היא נוצרת?
-
ערך מורחב – רוח
רוח היא תנועה של חלקיקי אוויר שנעים יחד בכיוון מסוים.
האטמוספירה המקיפה את כדור הארץ מהווה מעין משאבה גדולה המעבירה חום וחלקיקים של אוויר בין האזורים השונים שעל כדור הארץ. שינויים בלחץ האוויר, ושינויים בטמפרטורת האוויר קובעים את כיוון הרוח ומהירותה. תופעה זו מושפעת על ידי תופעות אחרות על פני הקרקע למשל יערות, מדבריות, גושי מים גדולים, וגם בניינים. זרמי ההסעה הבסיסיים נוצרים כתוצאה מהעובדה שאנרגיית השמש מחממת הכי הרבה את האזור של קו המשווה, ואז נוצר הבדל גדול של טמפרטורות בין הקטבים לקו המשווה. כתוצאה מכך אוויר חם באזור קו המשווה מתרומם מעל פני הקרקע, ואוויר קר יותר הבא מהקטבים תופס את מקומו. כך נוצרת התופעה של תזוזת האוויר. לתופעה זו אנו קוראים רוח.
בקנה מידה מקומי ולא גלובלי, נוצרת הרוח מהפרשים לוקליים בלחצים או בטמפרטורות, הגורמים לזרימת האוויר. רוחות כאלה, לרוב, אינן חזקות במיוחד. את מהירות הרוח ניתן למדוד בעזרת מד מהירות רוח (אנמומטר).
[עריכה] אנרגיה המופקת מרוח
אנרגיה המופקת מרוח היא אנרגיה שמנצלת את התנועה של הרוח בקו ישר (אנרגיה קינטית) וממירה אותה לאנרגיה זמינה (עבודה). קיימות דרכים שונות לנצל את האנרגיה הזמינה, בהתאם לתוצאה הנדרשת.
דוגמאות:
- אנרגיה מכנית סיבובית - סיבוב הרוטור של טורבינת רוח, יכול להפוך גם לאנרגיה חשמלית באמצעות גנרטור המונע על ידי טורבינה.
- הנעת סירות מפרש - מבנה המפרש מאפשר לנצל את אנרגיית הרוח, כך שלמעשה אפשר להתקדם בכיוונים שונים אפילו כשהרוח נושבת בכיוון מסוים.
- מיזוג אוויר לבתים - שיטה שנוצלה החל מהזמן הקדום בתכנון מבנים בהם יכולה הרוח לזרום במסלולים מוגדרים.
- הפעלת טחנת רוח – האנרגיה הקינטית של הרוח מסובבת את גלגל הטחינה שטוחן את התבואה.
- הנעת כדורים פורחים – האנרגיה של הרוח יכולה להטיס כדורים פורחים. ידוע על אנשים שהקיפו את כדור הארץ בכדור פורח.
- דאייה - זרמי אוויר מאפשרים לציפורים ודאונים לדאות על פניהם ובכך לרחף בקלילות תוך חסכון באנרגיה.
יש שימושים נוספים לניצול אנרגיית הרוח.
[עריכה] הפקת חשמל באמצעות טורבינות רוח
-
ערך מורחב – טורבינת רוח
רוב אנרגיית הרוח המשמשת את האדם מופקת כיום באמצעות טורבינות רוח, לשם הפקת חשמל. טורבינות אלה מתחלקות לסוגים שונים: טורבינות ענק וטורבינות קטנות לסביבה עירונית או לשימוש כפרי; טורבינות בעלות ציר אנכי וטורבינות בעלות ציר אופקי; טורבינות יבשה וטורבינות רוח בים. יש עלייה ניכרת במספר הטורבינות המותקנות, כך שאם בעבר רוב הטורבינות היו בגודל בינוני ומוצבות על היבשה, היום יש יותר ויותר התקנות של טורבינות ענק (70 מטר קוטר) המוצבות בים.
[עריכה] שיכלולים והמצאות לעתיד
יש תכנונים שונים לגבי היבט של הפחתת בעיות והורדת מחיר הפקת החשמל: טורבינות שקטות יותר, בעלות להבים קלים יותר, מערכות בקרה להפחתת בעיות תחזוקה וכו'.
יש גם תכנונים שמנסים להגיע לטכנולוגיות יעילות בהרבה. הללו כוללות, טורבינות ענק בעלות ציר אנכי, טורבינות רוח אווירי ועוד.
חגורת רוח, Windbelt, היא תכנון חדשני משנת 2007 להפקת אנרגיה מהרוח ללא סיבוב. שיטה זו אמורה להיות יעילה בהרבה בהשוואה לטורבינות רוח, והיא אמורה לפעול גם במהירויות רוח נמוכות יחסית. [1], [2]
[עריכה] יתרונות וחסרונות בהפקת חשמל מאנרגית הרוח
[עריכה] יתרונות
עלות הפקת חשמל נמוכה, עקב הניצול של אנרגייה זמינה חינמית. רוח איננה עולה כסף, ולא נדרש דבר כדי ליצור אותה. המקור לה הוא מהאנרגיה הסולארית (כשהאוויר מתחמם אוויר אחר תופס את מקומו ונוצרת רוח). העלויות העיקריות הכרוכות בהפקת החשמל מטורבינות רוח הן עלויות התכנון וההקמה של התחנות המבוססות עליהן. השקעה ראשונית זו יכולה להיות כדאית, כי התהליך ייצור החשמל והתפעול השוטף זולים יחסית לתחנות כמו תחנות כוח פחמיות או אטומיות. עקב פשטות המערכת כמות התקלות בה נמוכה יחסית למערכות אנרגיה אחרות, ואיננה תורמת משמעותית לעלות התחזוקה השוטפת.
יתרון נוסף הוא שאנרגיה חלופית זו אינה מזהמת את הסביבה ואינה מכלה מחצבים כמו תחנות כוח מבוססות דלק דוגמת פחם, נפט וגז. ההשפעות החיצוניות של יצור חשמל בתחנות כוח הכוללות זיהום אוויר, נזק לבריאות, ניקוי כתמי נפט ודליפות אינן נכללות בדרך כלל בתחשיב מחירי החשמל (אולם החברה משלמת אותן בכל מקרה). הכללת הוצאות אלו בתחשיב מטה את הכף הכלכלית לטובת אנרגיית רוח.
ייצור חשמל מאנרגיית הרוח ברחבי העולם מקטין את ההשפעות השליליות של שימוש בדלק פחמימני לייצור חשמל. באירופה, המובילה בפיתוח אנרגיה מרוח, מקובלת הטכנולוגיה כחלופה מועדפת לשימוש באנרגיה גרעינית ובדלק פחמימני לייצור חשמל.
כיום במקומות רבים בעולם אנרגיית הרוח היא האמצעי הזול ביותר לייצר אנרגיה מתחדשת, בעולם מפותחים פתרונות רבים לחסרונות העיקריים של הפקת חשמל מאנרגיית הרוח. עלות הפקת האנרגיה הולכת וקטנה עם השנים בשל שימש בעיצוב טוב יותר של הטורבינות ובשאר המרכיבים. כמו כן מוקמות טורבינות שיכולות לנצל רוחות חלשות יותר באופן טוב יותר ועם פחות בעיות מכאניות. כל הדברים הללו, יחד עם עליית מחירי האנרגיה גורמים לעלייה ניכרת בכמות האנרגיה המופקת מרוח בכל שנה.
[עריכה] חסרונות
הפקת חשמל מרוח מזיקה לסביבה פחות מייצור חשמל בתחנות כוח קונבנציונאליות, אולם חוות הרוח משפיעות על הסביבה בתוכה הן פועלות. המפגעים העיקריים המיוחסים לניצול האנרגיה של הרוח הם: רעש, פגיעה בנוף, בטיחות, פגיעה בבעלי חיים, קרינה אלקטרומגנטית, השפעה סביבתית של החומרים ואנרגיה ופגיעה בניצול קרקעות. החששות העיקריים הם מפני הרעש שיוצרים להבי טורבינות הרוח, הפגיעה בנוף והנזק לבעלי חיים. ישנו גם חשש לאוורור אזורי, כאשר הוצאת האנרגיה מן הרוח בכמות משמעותית, יכולה להשפיע על מיקרו-האקלים, במקומות אליהן האוויר היה זורם לפני הטורבינות. כמו כן טורבינות צריכות אתרים מתאימים בהן יש רוחות מתאימות, ואינן פועלות כאשר אין רוח.
להלן פירוט של החסרונות ופתרונותיהם:
- אגירת כוח חיסרון חשוב של ייצור חשמל מאנרגית רוח נובע מהתלות המוחלטת בנשיבת הרוח. ניתן להתגבר על מחסור ברוח באמצעות תכנון מערכי טורבינות הרוח לפעולה בזמן שיא הביקוש. ביירה-מדסן, נשיא חברת טורבינות הרוח הדנית, MICON NEG, לדוגמה, טוען ש"צריכת האנרגיה בדנמרק מגיעה לשיאה בשעות אחה"צ של ימי דצמבר הקרים, וסביר להניח שבשעות אלו נושבת הרוח בעוצמה הרבה ביותר". חסרון זה קשור לנושא של אגירת אנרגיה לחשמל, שהופקה בעת שהרוח נשבה בחוזקה. מעריכים שטכנולוגיות עתידיות כגון גלגלי תנופה, או כמצברי ענק יפתרו בבוא הזמן את בעיית אחסון החשמל.
- חיסרון עיקרי נוסף הוא כמות התפוקה: נדרשות הרבה טורבינות על מנת להפיק חשמל בהספק של תחנת כוח שורפת-דלק גדולה. דבר זה עלול לצרוך שטח רב. הפתרונות הן בהקמת טורבינות יעילות יותר, שימוש בטורבינות ים או טורבינות גדולות מפיק אנרגיה רבה יחסית. יש יוזמות גם להקמת טורבינות בשטחים חלקאיים שממילא מנוצלים כבר ובהן הטורבינות אינן מפריעות במיוחד.
- רעש תנועת כנפי טורבינות הרוח מאופיינת כרעש מכני וכרעש אווירודינמי. הרעש המכני נגרם על ידי פעולת המערכת (גנרטור, מסבים) ועוצמתו מושפעת מגודל המערכת. הרעש האווירודינמי נגרם על ידי תנועת הלהבים באוויר, והוא תלוי בגודל הלהבים ובצורתם. ניתן להפחית את עוצמת הרעש האווירודינמי באמצעות התאמת צורת הלהבים. כיום (2007) יש מספר דגמים של טורבינות רוח עירוניות שקטות יחסית הודות לעיצוב מתקדם יותר. טורבינות מרוחקות ממקומות ישוב גורמות לפחות נזק לבני האדם, וטורבינות בים או בהרים שהם מקומות נידחים למדי גורמות מעט נזק באופן כללי.
- השפעה על בעלי כנף - השפעת טורבינות הרוח על בעלי כנף נחקרה במדינות המנצלות אנרגיה של הרוח. הנושא החשוב ביותר היה התנגשויות של ציפורים ושל עטלפים בטורבינות, אולם נבחנו גם ההשלכות על תזונת הציפורים וקינונן. הסכנה לציפורים צומצמה במידה ניכרת באמצעות הגדלת הלהבים והקטנת מהירותם, על מנת שייראו בעיני הציפורים במעופן. כמו כן הותקנו סולמות פנימיים וחיווט תת-קרקעי כדי למנוע קינון ציפורים על המתקנים.
- פגיעה בנוף שאלת הפגיעה בנוף היא סובייקטיבית מעיקרה, אבל את ההתנגדות הגדולה ביותר מעוררות חוות רוח הבולטות לעין באזורים גבוהים בהרים. חלק מהגורמים המשפיעים על המראה נתונים לוויכוח: המרחק מהמתבונן, מספר הטורבינות הנראות בשלמותן או בחלקן, סוג הטורבינות, גודלן וצבען, מספר הלהבים ומהירות סיבובם, תנאי האור וסידור הטורבינות באתר. בחינה אובייקטיבית של גורמים אלו יכולה לסייע להפחית את השפעות חוות הרוח על הנוף. טורבינות ים אינן משפיעות כמעט על הנוף או כלל לא (אם הן מרוחקות), ויש טורבינות עירוניות שהן בעלות עיצוב מעניין ואף אפשר להשתמש בהן לקישוט.
- הפרעה אלקטרו מגנטית טורבינות רוח גדולות קרובות למקומות יישוב עלולות לגרום להשראה אלקטרו מגנטית שמפריעה לציוד אלקטרוני ועלולה להיות מסוכנת לבריאות.
- חומרים רעילים להבי הטורבינה בנויים מחומרים מורכבים ולעתים קרובות מכילים דבק אפוקסי רעיל.
- מיקרו אקלים המערכת שואבת אנרגיה מן הרוח, ומחלישה אותו, כך שהאוויר מפסיק לזרום במסלול הטבעי שלו. דבר זה עשוי להשפיע על מידת האוורור במיני-אקלים האזורי, ביחוד באזורים בנויים הנמצאים בקרבת מקום.
[עריכה] עלות כלכלית
העלות הכלכלית של הפקת חשמל מטורבינות רוח ירדה במשך השנים. בתחילת שנות ה-80 המחיר הממוצע של הפקת חשמל עמד על כ-30 דולר לקילוווט-שעה. נכון לשנת 2005 המחיר הממוצע עומד על 5-3 דולר לקילווט-שעה. המחיר משתנה בהתאם למיקום ונתונים נוספים, ובהתאם לכך הטכנולוגיה היא ברת תחרות עם טכנולוגיות לא מתחדשות כמו נפט, פחם או אנרגיה אטומית. עם זאת ישנן הערכות שונות למדי לגבי עלויות של הפקת חשמל של גורמים שונים. (ראו לדוגמה עמ' 66 כאן)
לפי התאחדות הרוח האמריקאית מחיר הפקת האנרגיה ירד בכ-80% ב-20 השנים בין 1985 ל-2005. [3]
עלות הפקת החשמל תלויה בגורמים הבאים:
- מהירות הרוח באתר- כמות האנרגיה שתופק גדלה ביחס של בחזקת 2 למהירות הרוח באתר. אתר בעל מהירות של 16 מייל בשעה לדוגמה, יפיק 50% יותר אנרגיה בהשוואה לאתר בעל תכונות זהות (גודל הטורבינה וכו') שבו מהירות רוח ממוצעת של 14 מייל בשעה.
- גובה הטורבינה מעל הקרקע - בגבהים גבוהים יותר יש רוחות מהירות יותר, ופחות מערבולות, דבר שמביא לכך שטורבינות גבוהות יותר מפיקות יותר חשמל.
- גודל להבי הטורבינה - טורבינות גדולות הן יעילות יותר. שטח חתך הרוח שהטורבינה מכסה (בטורבינות אופקיות) הוא דיסקה שתלויה בגדול הלהבים בריבוע (שטח מעגל). בשנות ה-80 היו מקובלות טורבינות בעלות להב של 10 מטרים, שהפיקו בממוצע 25 קילוואט. בשנות ה-2000 אורך הלהבים גדל פי 5, ל-50 מטר, והפקת החשמל גדלה ל-750 קילוואט, גידול של פי 55 בתפוקת האנרגיה השנתית, חלק מזה בגלל גידול של פי 25 בשטח החתך, וחלק מזה בגלל הגבהת התרנים וכתוצאה מזה ניצול רוחות מהירות יותר בגובה. כמו כן, בטורבינות אופקיות ככל שהלהבים גדולים יותר יש יחס טוב יותר בין שטח הלהבים לבין שטח התורן הנושא וכתוצאה מזה יש פחות מערבולות והפרעות.
- דגם הטורבינה ובטכנולוגיה בה יוצרה. ירידת מחירים בעלויות ושיפור הביצעוים של להבים, מערכות בקרה, הובילו לשיפור בביצועים. [4]
בשנת 1981 טורבינת רוח עם להבים של 10 מטר הפיקה 25 קילווואט , בשנת 2000 טורבניה בעלת להבים של 75 מטר מפיקה 1,650 קילוואט. המחיר לקילוואט ירד פי 6. [5]
- גודל חוות הרוח - חוות רוח גדולות יותר הן משתלמות יותר בשל החסכון בעלויות הקבועות שקשורות בפרויקט , וכן בשל חסכון בעלויות תחזוקה ותפעול. במהירות רוח של 18 מייל לשעה, חווה של 3 מגה וואט מפיקה חשמל בעלות של 5.9 סנט לקווט"ש, ואילו חווה בתפוקה של 51 מגה וואט מפיקה חשמל בעלות של 3.6 סנט לקווט"ש - ירידה של כ-40%. [6]
- מיסים ותנאים מימון. מחקרים מראים כי פרויקטים שנבנו באופן פרטי או שנהנו מתנאים דומים לאלו של תשתיות גז יכלו להחזיר את עצמם במהירות רבה בהרבה.[7]
העלות והתפוקה מתחלקים לרכיבים הבאים:
- עלות ההתקנה - עלויות התקנה של מתקני רוח נחשבת גבוה למדי יחסית לטכנולוגיות כמו פחם או נפט, היא גדלה בטורבינות גדולות אך מאידך יש פיצוי בכך שהטורבינה מפיקה חשמל רב יותר.
- עלות התחזוקה והתפעול - תלויות בגורמים רבים, כגון האם הטורבינה בים או ביבשה, האם היא מותקנת בהרים או במישור וכו'. עלות זו נמוכה יחסית לטכנולוגיות כמו פחם או נפט ויקרה יחסית לאנרגיה סולארית, בעיקר זו של לוחות פוטווולטאריים.
התעשייה משקיעה מאמצים בנסיונות מחקר ופיתוח, הקשורים גם לתעשיית החלל והתעופה כדי להתייעל ולהוריד עלויות.
במדינות רבות מקובל לסבסד את המחיר על ידי מחירי עידוד והטבות שונות לייצור חשמל מאנרגיית רוח. הצידוק לכך הוא שהמחיר המלא של אנרגיות אחרות, לא מתחדשות, הוא למעשה גבוה יותר ממחיר השוק, ומכיל השפעות חיצוניות שליליות של זיהום אוויר, פליטות של גזי חממה ועוד. כמו כן, גם דרכי ייצור אחרות של חשמל, כמו נפט או פחם מקבלות סבסוד: בצורה של הוצאות ביטחוניות, חוקים לביטוח של מחלת הראה השחורה של כורי פחם, או ביטוח ממשלתי נגד תאונות שניתן לתעשיית הגרעין.
[עריכה] תפוקה עולמית
נכון לסוף שנת 2006 התפוקה העולמית של אנרגיית רוח עמדה על 74,233 מגה-וואט, או כאחוז אחד מייצור החשמל העולמי. יש מדינות בהן אנרגיית הרוח אחראית לחלק משמעותי מהפקת החשמל שלהן, כמו דנמרק (20%), ספרד (9%) או גרמניה (7%). בין השנים 2000 ו-,2006 תפוקת החשמל העולמית גדלה פי 4.
ייצור החשמל באנרגיית רוח הוא כלכלי בעיקר באזורים מסוימים בעולם.
בספטמבר 2006 הודיעה חברת איווה ווינדס (Iowa Winds) האמריקאית על הקמת פרויקט טורבינות רוח בעלות 200 מיליון דולר במדינת איווה, עם תפוקה של עד 300 מגה וואט חשמל.
בדצמבר 2006 אישרה הממשלה הבריטית את הקמתו של פרויקט טורבינות רוח ימיות בהשקעה של בהשקעה של 2 מיליארד ליש"ט (3.9 מיליארד דולר), שהוא הפרויקט הגדול בעולם לתקופתו. תפוקת החשמל של הפרויקט צפויה להגיע ל-1.3 ג'יגה וואט, שיסופקו על ידי 341 טורבינות מול חופיה הדרומיים של אנגליה, וכ-100 טורבינות יבשתיות. בשנת 2007 החליטה הממשלה הבריטית להגיע ליעד של 100% אנרגיה מטורבינות רוח, שיופקו מכ-7000 טורבינות.[8]
אירופה היא היבשת המובילה בעולם בתחום ניצול אנרגיית הרוח, המספק חשמל לכ-40 מיליון צרכנים ברחבי היבשת. לפי הערכת איגוד אנרגיית הרוח האירופי (EWEA), עד שנת 2020 נתון זה אמור לגדול ליותר מ-195 מיליון בני אדם - כמחצית מאוכלוסיית מערב אירופה.
[עריכה] הפקת אנרגיית רוח בישראל
פוטנציאל הפקת חשמל מאנרגית רוח בישראל נאמד בין 600 מגה ואט[9] ל-1,000 מגה ואט[10].
בישראל פועלות טורבינות רוח ברכס חזקה (תל עסניה) שברמת הגולן ליד היישוב אלוני הבשן, ובגלבוע ליד היישוב מעלה גלבוע.
החל מסוף 1986 ועד 1993 קיימה חברת "מי גולן אנרגית רוח" יחד עם משרד האנרגיה, מחקר בנושא ניצול תנאי החל משנת 1993 מפעילה החברה חוות הרוח "בשנית 1" שממוקמת בתל עסניה (בשנית בערבית) ברמת הגולן. החווה היא בעלת כושר ייצור של 6 מגה וואט שעה. החווה כוללת 10 טורבינות רוח בעלות ציר אופקי, בקוטר להבים של 36 מטרים מתוצרת אוסטרית, ויש לה, לטענת החברה, ניצולת גבוה מבחינת שמישות - (כלומר משך הזמן בו התחנה עובדת ולא בתיקונים) - מעל 95% שהוא נתון גבוה יחסית לטורבינות בארצות הברית ולמתקני חשמל קונבנציונלים של חברת החשמל. בעקבות הכנסת "פרמיה עבור אנרגיה נקיה" של משרד התשתיות ועליית מחירי הדלק בכוונת החברה להגדיל את תפוקת החווה ל-12 מגווה וואט על ידי הגבהת תרנים ומעבר לטורבינות מדגם מתקדם יותר. [11][12]
מתוכננת בניה של חוות טורבינות ברמת סירין בגליל. וכן נשקל פרויקט של 400 מגה וואט ברמת הגולן על ידי חברת הטורבינות AES האמריקאית וחברת מי גולן, בהשקעה של 600 מיליון דולר. [13]
[עריכה] ראו גם
[עריכה] קישורים חיצוניים
- אבי זעירא, עושים רוח - על ניצול אנרגיית רוח בישראל, אתר nrg
- רונית מורגנשטרן, תוכנית חדשה לעידוד ייצור אנרגיה ירוקה, אתר nrg
