האם התעשייה יכולה להסתמך על מקורות מתחדשים לצרכי האנרגיה שלה?
ארה"ב מבינה בהדרגה שדלק מאובנים אינו עוד אפשרות אנרגיה בת קיימא, לא רק בשל השפעתו על הסביבה, אלא גם בשל הכלכלה. לפי נתוני המכון לחוק הסביבה, הסובסידיות לדלק מאובנים, מ-2002 עד 2008, הסתכמו ב-72 מיליארד דולר. עם כלכלת ארה"ב תלויה עמוקה בדלק מאובנים, המעבר לעבר מקורות אנרגיה מתחדשים נקיים, חסכוניים וברי קיימא יכול להיות מאתגר.
התעשייה זקוקה לאנרגיה אמינה ובמחיר סביר כדי להישאר פרודוקטיבי ותחרותי. יחד עם זאת, היא צריכה לאזן בין הביקוש הגובר שלה לאנרגיה לבין הצורך הדחוף בהגנה על הסביבה.
התעשייה אחראית ליותר משליש מצריכת האנרגיה הכוללת בארה"ב, ו-70% -80% מהביקוש לאנרגיה של מגזר זה מיועד להפקת חום. לאור החששות הנוכחיים של התחממות כדור הארץ, זיהום סביבתי, ביטחון אנרגטי ותחרותיות תעשייתית, יש לחץ גובר על התעשייה להשתמש במקורות אנרגיה מודרניים, נקיים ויעילים. עד 2007, רק 8.5% מכלל הביקוש לאנרגיה בארה"ב התמלא ממקורות אנרגיה מתחדשים. עם זאת, טכנולוגיות מבוססות שמש, רוח וביומסה הראו פוטנציאל ניכר והן ממתינות לניצול לא רק לשימוש ביתי אלא גם למטרות אנרגיה תעשייתיות.
מבוא
אנרגיה היא התעשייה הגדולה בעולם. הוא מתדלק הן את מגזר הייצור והן בשירותים וגודלו מוערך בכ-7 טריליון דולר TWh. לנפילת התלות המוגזמת בדלק מאובנים לאנרגיה יש השפעה על הסביבה ועל אנשים כאחד. עם ההכרה הגוברת בהשפעות השליליות של השימוש בדלק מאובנים, המחקר והפיתוח במגזר האנרגיה המתחדשת זוכים לתשומת לב רצינית.
לפי מחקרי שוק, ההשקעה באנרגיה מתחדשת צומחת ב-45% בשנה – בעצם מוכפלת כל שנתיים. צפוי כי אנרגיה המופקת ממקורות חלופיים תהפוך לתחרותית בעלויות בהשוואה לאנרגיה המופקת מדלק מאובנים, במיוחד כשעלויות הזיהום מדלקים מאובנים נלקחות בחשבון. זה הולך וגובר עם המס על ייצור CO2. למרות הדחף לעבר אנרגיה חלופית, ארה"ב השתמשה במקורות אנרגיה מתחדשים כגון מים, גיאותרמית, רוח, שמש וביומסה כדי לספק רק 8.5% מסך צורכי האנרגיה שלה ב-2007.
משאבי אנרגיה חלופיים
אמנם ישנם משאבי אנרגיה חלופיים רבים, אך לא את כולם ניתן לקצור בקנה מידה גדול בעוד שלאחרים יש בעיות אמינות.
אנרגיה סולארית
המרה ישירה של אור שמש לחשמל באמצעות תאים סולאריים היא טכנולוגיה מבטיחה, וכבר נעשה בה שימוש נרחב. אנרגיה סולארית מועילה במיוחד עבור מקומות מרוחקים שממשיכים ליפול מרשת האנרגיה ומתמודדים עם הפסקות קבועות.
אנרגיית רוח
לרוח יש פוטנציאל להיות מקור כוח חשמלי משמעותי. עם זאת, כדאיותו תלויה במיקום של טחנות רוח. הפיתוח של אנרגיית הרוח בארה"ב היא כיום הגבוהה בעולם. רוח היא גם דרך נקייה, תחזוקה נמוכה וחסכונית להפקת אנרגיה, אבל כמו אנרגיה סולארית, בעיות אחסון של כמויות גדולות של חשמל מופק ברוח נותרות דאגה רבה. .
אנרגיה גיאותרמית
מקורות גיאותרמיים מאפשרים ייצור אנרגיה מתמשך, המנוגד למקורות אנרגיה חלופיים כמו רוח או שמש. אנרגיה גיאותרמית מתהדרת באחוז העומס הבסיסי הטוב ביותר, כלומר זמינות חשמל ב-95% מהזמן. טביעת הרגל של תחנת כוח גיאותרמית היא מינימלית והמשאב עמיד לאורך זמן; תחנת הכוח הגיאותרמית המקורית בת יותר ממאה שנה ממשיכה לייצר חשמל עד היום. כוח גיאותרמי מייצר אנרגיה עם פליטה קטנה או ללא פליטה. זוהי גם טכנולוגיה מוכחת, עם עלויות תפעול נמוכות; אין דרישות דלק לאחר בניית המפעל, ומבודד את היצרנים מפני זעזועים של סחורות, בניגוד לדלק מאובנים.
שלושה היבטים של מערכת האנרגיה החלופית
בעוד שנראה כי אנרגיה חלופית מתאפשרת יותר ויותר, הפצתה וצריכתה אינם יכולים להפוך למציאות ללא תשתית מסוימת. הדרישה התשתיתית הראשונה היא מערכות אחסון אנרגיה – זה חשוב במיוחד שכן אנרגיה מתחדשת כמו שמש ורוח אינן מופקות כל הזמן. הדרישה השנייה היא הרשת החכמה שניתן להשתמש בה כדי להפיץ לא רק אנרגיה המופקת ממקורות אנרגיה חלופיים אלא גם מדלק מאובנים. הרשת החכמה צריכה להגיב בצורה קיצונית לתנודות באספקת האנרגיה, דליפות במהלך שידור ותקלות. דרישת התשתית השלישית היא המונה החכם המאפשר לאנשים לפקח על צריכת האנרגיה שלהם ולווסת את השימוש בה, במיוחד בשעות מסוימות של היום בהן מחיר האנרגיה עשוי להשתנות. דרישת התשתית הרביעית היא שנאים חסכוניים באנרגיה המפחיתים בזבוז אנרגיה במהלך ההפצה.
מערכות אחסון אנרגיה
הרעיון של אחסון חשמל שנוצר ברשת שירות נוסה מאז שנות ה-60, אולם פרויקטי אחסון בקנה מידה גדול אלה היו נפוצים יותר בתחנות כוח גרעיניות. משנת 2005 ואילך, American Electric Power (AEP) לקחה את ההובלה בהוספת כמויות גדולות של אחסון אנרגיית סוללה בתחנות משנה. הגישה לאחסון אנרגיה מבוזרת שימשה לבדיקת ניהול עומסי שיא ולשיפור אמינות המערכת על ידי פריסת מערכות בגדלים של 2 MW. מערכות סוללה מספקות אלטרנטיבה חדשה לניהול צריכת חשמל בתחנת משנה חלוקה, ובמהלך הפסקה, לקוחות יכולים להחזיר את החשמל כאשר תחנת המשנה פועלת על אנרגיית הסוללה.
רשת חכמה
במילים פשוטות, הרשת החכמה היא דינמית ויש לה תקשורת דו-כיוונית מתמדת. זה מייצג מעבר משמעותי מתשתית חלוקת חשמל מזדקנת בבעלות חברת חשמל לתשתית רשתית המחברת ישירות בין חברות שירות ללקוחות. הרשת החכמה מכניסה אנרגיה מתחדשת לאינטרנט, והופכת את מערכת ההפצה ליעילה, אמינה וגמישה.
Smart Grid מציגה שינוי מוחלט בפרספקטיבה ומתרחקת מהיבטים טכניים כמו ייצור והפצה של אנרגיה כדי להאיר פנים אנושיות, אלו של הצרכן. הצרכן הופך לחלק מהרשת החכמה ומסוגל להשתמש באנרגיה בצורה יעילה יותר. רשת חכמה גם מאפשרת לצרכנים להפחית את הביקוש, מאפשרת לחברות שירות להשתמש בגנראטורים יעילים ומאפשרת שימוש במקורות כוח מתחדשים יותר. רשת חכמה היא גורם מפתח לפתרונות להפחתת התחממות כדור הארץ.
מונים חכמים
לב ליבה של הרשת החכמה הם "מונים חכמים" המקימים תקשורת דו-כיוונית בין שירותים ללקוח. המונים מעניקים לצרכנים מגוון רב של מידע על צריכת האנרגיה שלהם – ולכן, שליטה מסוימת על החיסכון באנרגיה שלהם. מכיוון שלחברת חשמל יש עלויות שונות להפקת חשמל בזמנים שונים, כל אחד יכול לחסוך אם השימוש בחשמל נחתך בזמנים בעלי העלות הגבוהה ביותר. שירותים יכולים לשדר תעריפים שונים/קוט"ש בשעות שונות של היום או השבוע, והלקוח יכול להשתמש במידע זה כדי לנצל את התעריפים הזולים ביותר.
מד חכם עוקב גם אחר השימוש בזמנים שונים ומסכים חשבון ללא קוראי מד. מונים חכמים יכולים להודיע לחברת שירות כאשר אבד החשמל במקום כלשהו, כך שהחברה יכולה לדעת מיד מתי והיכן מתרחשת הפסקת חשמל.
רובוטריקים חסכוניים באנרגיה
שנאי אנרגיה ישנים ולא יעילים מבזבזים מאות TWh של אנרגיה מדי שנה; הסיבות להפסדים הן רבות, כולל ליבות לא יעילות.
שנאים תואמים מסוגלים לשמור על רמות היעילות של התאחדות יצרני החשמל הלאומית (NEMA) Class 1 בעומס של 35%. זה מושג על ידי שימוש בפלדה בעלת אוריינטציה גרגר בדרגה גבוהה יותר בליבה במקום פלדה סטנדרטית שאינה מוכוונת גרגרים. פלדה מוכוונת גרגר מציעה מד דק יותר ואיכות חומר מתכתי טהורה יותר, ומפחיתה את החום הנגרם מזרמי מערבולת על ידי הגבלת הכיוון שאליו זורם הזרם. צמצום השדה המגנטי לפרופיל דק יותר גם מפחית את אפקט הביטול של זרמים מנוגדים. הגדלת היעילות האנרגטית של שנאי מאפשרת לארגון לפעול באותה רמת יעילות עם פחות אנרגיה.
שנאים תואמים עולים יותר מקודמיהם בעלי היעילות הנמוכה יותר בשל המחיר הגבוה יותר של פלדה מוכוונת דגנים, עבודה נוספת ועלויות חומרי גלם גבוהות יותר. בעוד ששנאים תואמים מוסיפים לעלויות הבנייה והתחזוקה, משתמשי הקצה חוסכים לאורך חיי השנאי.
האם התעשייה יכולה להסתמך על מקורות מתחדשים לצרכי האנרגיה שלה? הפופולריות של אנרגיה מתחדשת גדלה במהירות והמחירים יורדים כך שאנרגיה מתחדשת תהיה בקרוב תחרותית בעלות בהשוואה לדלק מאובנים. רוב התעשיות מסתמכות במידה רבה על אספקה קבועה של אנרגיה, ועם העלויות של דלק מאובנים גדלות ומשתנות כל הזמן, נראה כי אנרגיה מתחדשת היא התשובה. חברות רבות כמו Pacific Crest Transformers נמצאות בתהליך של הפיכת אנרגיה מתחדשת לאמינה מספיק עבור התעשייה.
בדומה לשנאי מיישרים, טרבינות רוח טרבינות טרבינות נועדו להרמוניות, טעינה נוספת, ויש להם מגנים אלקטרוסטטיים כדי למנוע העברה של תדרים הרמוניים בין הפיתולים הראשוניים והמשניים.
לאנרגיה מתחדשת יש עוד דרך ארוכה לעבור במונחים של אמינות ויעילות עלות לפני שהתעשייה תוכל להסתמך במלואה על האספקה שלה, אבל עד אז התעשייה צריכה לנקוט בצעדים קטנים יותר שיעזרו לבצע את המעבר הגדול. ארה"ב מובילה את העולם בייצור אנרגיית רוח, והגיע הזמן שהתעשייה תתמוך במאמץ זה באמצעות אנרגיית רוח כדי לעמוד בדרישותיה.
