Loading AI tools
טורבינות הממירות את אנרגיה הרוח לתנועה סיבובית המפעילה גנרטור שמפיק חשמל מוויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
אנרגיית רוח היא האנרגיה הקינטית האצורה ברוח. מאנרגיה זו אפשר להפיק עבודה ולרתום את כוחה לביצוע מטלות שונות, כגון ייבוש כביסה, השטת סירות מפרש, הפעלת טחנות רוח והפעלת טורבינות 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 מכך שאנרגיית השמש מחממת את אזור קו המשווה יותר מאשר את הקטבים, ואז נוצר הפרש טמפרטורות גדול 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).
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.
למעשה ישנן שתי דרכים בהן האנרגיה מנוצלת: בשיטת העילוי – כוחות העילוי הפועלים על מבנה אווירו דינמי (דוגמאות בהמשך) וגרר שהוא למעשה סוג של דחיפה הנוצרת בלכידה של הרוח למשל במפרש המושך סירה או לחלופין כנפיים שטוחות הניצבות לכיוון הרוח.
דוגמאות:
ישנם שימושים נוספים לאנרגיית הרוח, על ידי הפיכתה תחילה לחשמל – למשל באמצעות טורבינת רוח – ושימוש בחשמל למטרות שונות.
רוב החשמל שמופק מאנרגיית הרוח מופק כיום באמצעות טורבינות רוח. טורבינות אלה מתחלקות לסוגים שונים:
בעבר רוב הטורבינות היו בגודל בינוני והוצבו על היבשה. כיום יש עלייה בהתקנות של טורבינות ענק (70 מטר קוטר) המוצבות בים. [דרוש מקור]
יש תכנונים שונים לגבי היבט של הפחתת בעיות והורדת מחיר הפקת החשמל: טורבינות שקטות יותר, בעלות להבים קלים יותר, מערכות בקרה להפחתת בעיות תחזוקה, מערכות תחזוקה מרחוק באמצעות שילוב מחשוב ותקשורת וכדומה.
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]
עלות הפקת חשמל נמוכה, עקב הניצול של אנרגיה זמינה חינמית. 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.[דרוש מקור]
טורבינות הרוח אינן צורכות שטח רב, ובהשוואה לאנרגיה סולארית היחס יכול להגיע עד כדי 1 ל-100 לטובת אנרגיית הרוח. נתון נוסף הוא כמות הניצול המקסימלית והאנרגיה הזמינה: אנרגיית שמש זמינה לכל היותר 2,600–2,800 שעות בשנה. לעומת זאת, הזמינות האפקטיבית של אנרגיית רוח יכולה להגיע ל-6,000 שעות ואף ליותר[דרוש מקור]. המשמעות היא בעיקר כלכלית – החזר השקעה מהיר בהרבה. שילוב אנרגיית רוח יחד עם אנרגיה סולארית משמש במערכות תאורת הרחוב בסין בהן אין תשתית כבילה ואין צורך בהולכה וכל הכרוך בכך אלא האנרגיה זמינה על עמוד התאורה. טכנולוגיה זו נמצאת בפיתוח רב כיוון שיש תנופה בייצור מערכות אלה בסין המהוות תחליף לחוסר התשתית והריחוק הגאוגרפי אל מערכות ייצור מרוכזות[דרוש מקור].
אחת הסיבות להתפתחות מערכות ייצור אנרגיית רוח מתקדמות בסין היא החלופה באמצעות חוות רוח למתקני ייצור באנרגיה מדלק מאובנים המצריכים מי קירור שלא זמינים בכל מקום והמחייבים השקעות במערכות הולכה. את זה ניתן לחסוך בייצור מבוזר באמצעות אנרגיה מתחדשת.
יתרון נוסף הוא שאנרגיה חלופית זו אינה מכלה מחצבים כמו תחנות כוח מבוססות דלק מאובנים. ההשפעות החיצוניות של ייצור 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.[דרוש מקור]
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. בסין מותקנים מרבית מתקני הייצור באמצעות רוח (כ-90% מכלל המתקנים בעולם] ומספרם רק עולה.
כיום במקומות רבים בעולם אנרגיית הרוח היא האמצעי הזול ביותר לייצור 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 מכניות. כל הדברים הללו, יחד עם עליית מחירי האנרגיה גורמים לעלייה ניכרת בכמות האנרגיה המופקת מרוח בכל שנה.
החיסרון העיקרי של ייצור חשמל באמצעות טורבינות רוח הוא חוסר האמינות של המערכת. לא ניתן להבטיח רוח בכל רגע נתון, ולכן בתכנון של משק חשמל טורבינות רוח לא יכולות להיחשב כחלק מכושר הייצור, ולא יכולות להחליף תחנות כוח מסוגים אחרים אלא רק להוסיף עליהן. מבחינה זו, הקמה של טורבינות רוח אינה חוסכת הקמה של תחנות כוח אחרות.
הפקת חשמל מרוח מזיקה לסביבה פחות מייצור חשמל בתחנות כוח קונבנציונליות, אך גם חוות הרוח משפיעות על הסביבה שבתוכה הן פועלות. המפגעים העיקריים המיוחסים לניצול האנרגיה של הרוח הם:
העלות הכלכלית של הפקת חשמל מטורבינות רוח ירדה במשך השנים. בתחילת שנות ה-80 המחיר הממוצע של הפקת חשמל עמד על כ-30 סנט לקילו-ואט-שעה. נכון לשנת 2005 המחיר הממוצע עומד על 3–5 סנט לקילו-ואט שעה. המחיר משתנה בהתאם למיקום ונתונים נוספים, ובהתאם לכך הטכנולוגיה היא בת 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.
# | מדינה | 2005 | 2006 | 2007 | 2008 |
---|---|---|---|---|---|
1 | ![]() | 9,149 | 11,603 | 16,819 | 25,170 |
2 | ![]() | 18,428 | 20,622 | 22,247 | 23,903 |
3 | ![]() | 10,028 | 11,630 | 15,145 | 16,740 |
4 | ![]() | 1,266 | 2,599 | 5912 | 12,210 |
5 | ![]() | 4,430 | 6,270 | 7850 | 9,587 |
6 | ![]() | 1,718 | 2,123 | 2,726 | 3,736 |
7 | ![]() | 779 | 1,589 | 2,477 | 3,426 |
8 | ![]() | 1,353 | 1,963 | 2,389 | 3,288 |
9 | ![]() | 3,132 | 3,140 | 3,129 | 3,164 |
10 | ![]() | 1,022 | 1,716 | 2,130 | 2,862 |
11 | ![]() | 683 | 1,460 | 1,846 | 2,369 |
12 | ![]() | 1,236 | 1,571 | 1,759 | 2,237 |
13 | ![]() | 1,040 | 1,309 | 1,528 | 1,880 |
14 | ![]() | 579 | 817 | 817 | 1,494 |
15 | ![]() | 495 | 746 | 805 | 1,245 |
16 | ![]() | 509 | 571 | 831 | 1,067 |
17 | ![]() | 819 | 965 | 982 | 995 |
18 | ![]() | 573 | 758 | 873 | 990 |
19 | ![]() | 83 | 153 | 276 | 472 |
20 | ![]() | 20 | 65 | 207 | 433 |
21 | ![]() | 268 | 325 | 333 | 428 |
22 | ![]() | 145 | 230 | 310 | 390 |
23 | ![]() | 167 | 194 | 287 | 384 |
24 | ![]() | 104 | 188 | 280 | 358 |
25 | ![]() | 29 | 237 | 247 | 339 |
26 | ![]() | 168 | 171 | 322 | 325 |
27 | ![]() | 119 | 176 | 192 | 278 |
28 | ![]() | 14 | 36 | 57 | 158 |
29 | ![]() | 30 | 57 | 116 | 150 |
30 | ![]() | 82 | 86 | 110 | 140 |
31 | ![]() | 18 | 61 | 65 | 127 |
32 | ![]() | 64 | 64 | 125 | 125 |
33 | ![]() | 77 | 86 | 89 | 90 |
34 | ![]() | 2 | 84 | 85 | 85 |
35 | ![]() | 32 | 47 | 67 | 82 |
שאר אירופה | 141 | 204 | 233 | 261 | |
שאר אמריקה | 155 | 159 | 184 | 210 | |
שאר אפריקה & המזרח התיכון | 52 | 52 | 51 | 56 | |
שאר אסיה & אוקיאניה | 27 | 27 | 27 | 36 | |
סך הכל עולמי (MW) | 59,024 | 74,151 | 93,927 | 121,188 |
עלות הפקת החשמל תלויה בגורמים הבאים:
בשנת 1981 טורבינת רוח עם להבים של 10 מטר הפיקה 25 קילוואט, בשנת 2000 טורבינה בעלת להבים של 75 מטר מפיקה 1,650 קילוואט. המחיר לקילוואט ירד פי 6.
העלות והתפוקה מתחלקים לרכיבים הבאים:
התעשייה משקיעה מאמצים בניסיונות 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.
נכון לסוף שנת 2016 התפוקה העולמית של אנרגיית רוח עמדה על 468,800 מגה ואט, או כ-4 אחוז מייצור החשמל העולמי. יש מדינות בהן אנרגיית הרוח אחראית לחלק משמעותי מהפקת החשמל שלהן, כמו דנמרק (39%), ספרד (16%) או גרמניה (9%). בין השנים 2000 ו-,2016 תפוקת החשמל העולמית גדלה פי 20.
ייצור החשמל באנרגיית רוח הוא כלכלי בעיקר באזורים מסוימים בעולם.
בספטמבר 2006 הודיעה חברת איווה וינדס (Iowa Winds) האמריקאית על הקמת פרויקט טורבינות רוח בעלות 200 מיליון דולר במדינת איווה, עם תפוקה של עד 300 מגה ואט 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 ואט, 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.[3]
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. בשנים האחרונות ארצות הברית וסין פורצות קדימה וכנראה יתחרו על הבכורה העולמית גם בתחום זה. שלוש המעצמות הנוספות בניצול אנרגיית הרוח: גרמניה, ספרד והודו. חמש הגדולות מפיקות 87,610 מגוואט שהם 72.29% מתפוקת אנרגיית הרוח בעולם נכון לסוף 2008.
פוטנציאל הפקת חשמל מאנרגיית רוח בישראל נאמד בין 600 מגה ואט[4] ל-1,000 מגה ואט.[5]
בסוף 1980 נוסדה תוכנית ניצול אנרגיית הרוח בישראל על ידי משרד האנרגיה והתשתית. התוכנית הובלה על ידי הרפרנט ד"ר משה דן הירש בשת"פ של וועדת ההיגוי לניצול אנרגיית הרוח בישראל בה היו חברים ממשרד האנרגיה והתשתית, השירות המטאורולוגי, האוניברסיטה העברית, קמ"ג, חברת החשמל, הטכניון, המכון הביולוגי.[6] במסגרת התוכנית בוצעו פעולות של איתור אתרים לטורבינות רוח וחוות רוח בהן הקמת טורבינות רוח כמתקני הדגמה בשת"פ עם גורמים שונים (מפעל ישקר במעלות, קיבוץ מעלה גלבוע, חברת חשמל בגוש שגב בגליל, ישוב בית יתיר, החברה לפיתוח יו"ש עם חברת פז ליד היישוב אלון מורה) ופעולות הכנה לרישוי שונות (בוועדות תכנון ובניה, מינהל מקרקעי ישראל, צה"ל, רשות שמורות הטבע, משרד הפנים, חברת החשמל) כשלב מקדים להקמת חוות רוח, מחקר ופיתוח והתחברות לרשת החשמל. ב-1982 יוזם לראשונה במסגרת התוכנית, על ידי הרפרנט ד"ר משה דן הירש, צעד מהפכני של אפשרות לייצר חשמל באופן פרטי ולמכור אותו לרשת חברת החשמל. כתוצאה מכך נוצר תחום "יצרני חשמל פרטיים" בישראל אשר זכה להכרה במהלך 1985 עבור אנרגיות מתחדשות וחלופיות יעילות. פרויקט טורבינת רוח הדגמה בהר בני צפת שליד אלוני הבשן ברמת הגולן היה הראשון שהוכר כ"יצרן חשמל פרטי". הפרויקט הוקם בשת"פ של אגודת המים "מי גולן" של יישובי רמת הגולן עם סיוע של משרד האנרגיה והתשתית. במסגרת הפרויקט הוקמה באתר טורבינת רוח של חברת Vestas בהספק של 55 קוו"ט, שפעלה היטב במשך 10 שנים והוכיחה כי ניתן לנצל את אנרגיית הרוח בארץ באופן כלכלי. האגודה שולבה על ידי משרד האנרגיה והתשתית בתוכנית ניצול אנרגיית הרוח ב-1984 ופעלה מאז בסיוע צמוד של המשרד (כספי, טכני, הדרכה, הנחיה) לקידום הניצול של אנרגיית הרוח ברמת הגולן. כעבור מס' שנות פעילות מכרה אגודת המים "מי גולן" את זכויותיה (בגין השקעתה בפעילות) ואת חובתה כלפי משרד האנרגיה והתשתית לקידום הפעילות בפיקוח והנחיית המשרד (בגין הסיוע שקיבלה מהמשרד) לחברת "מסד בע"מ" אשר לאחר זמן מה שינתה את שמה לחברת "מי גולן אנרגיית רוח בע"מ".
החל מסוף 1986 ועד 1993 קיימה חברת "מי גולן אנרגיית רוח" יחד עם משרד האנרגיה מחקר בנושא ניצול תנאי הרוח. החל משנת 1993 מפעילה החברה את חוות הרוח "בָּשָׁנִית 1" שממוקמת בהר בני רסן בצפון רכס בשנית ברמת הגולן. החווה היא בעלת כושר ייצור של 6 מגה ואט. 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 שבו התחנה פועלת ואינה בטיפולי תחזוקה) - מעל 95% שהוא נתון גבוה יחסית לטורבינות בארצות הברית ולמתקני חשמל קונבנציונליים של חברת החשמל.
בשל התנגדות רשות שמורות הטבע, הוגבל מספר הטורבינות באתר לעשר בלבד, אף על פי שניתן להציב בו מספר כפול. גם חברת החשמל הטילה מצידה הגבלות על ההספק הכולל של תחנת הכוח.[7] בעקבות הכנסת "פרמיה עבור אנרגיה נקיה" של משרד התשתיות ועליית מחירי הדלק בכוונת החברה להגדיל את תפוקת החווה ל-12 מגה ואט על ידי הגבהת תרנים ומעבר לטורבינות מדגם מתקדם יותר.[8]
בעבר נשקל להקים פרויקט של 400 מגה ואט ברמת הגולן על ידי חברת הטורבינות AES האמריקאית וחברת מי גולן, בהשקעה של 600 מיליון דולר.[9]
בנוסף לחוות הרוח בהר בני רסן פועלות גם חוות הרוח במעלה גלבוע (14 טורבינות), וברמת סירין (11 טורבינות).
בשנת 2020 הוקמה ברמת הגולן חוות הרוח עמק הבכא. החווה, הכוללת 30 טורבינות, היא חוות הרוח הגדולה בישראל, והיא צפויה לספק חשמל ל-40 אלף משקי בית בישראל. בנוסף, ישנן תוכניות להקמת חוות רוח נוספות ברמת הגולן: חוות "רוח בראשית" בקרבת הר פרס וחווה נוספת בצפון רמת הגולן.[10]
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.