הידרו-חשמל

רוב צריכת האנרגיה בעולם המודרני, כ-85%, מסופקת על ידי מקורות הנחצבים מקליפת כדור הארץ כמו פחם, נפט וגז טבעי. מקורות אלו נוצרו לפני מיליוני שנים וצפויים להתכלות עם הזמן, כמו כן הפקת אנרגיה באמצעות דלק מחצבי גורמת לרוב לזיהום אוויר וזיהום סביבתי ניכר. על כן קיימת חשיבות לפיתוח ושיכלול מקורות אנרגיה חלופיים, דוגמת הפקת אנרגיה בתהליך הידרואלקטרי.

סכר אסואן המצרי (צילום: Gettyimages Imagebank)

הפקת אנרגיה ממים אפשרית כאשר זרם המים חזק דיו כדי לרתום את זרימת המים לשם הפעלת טורבינה המניעה גנרטורים לייצור חשמל. כדי להשתמש בזרם המים נדרשת השקעה בבנייה של מאגרי מים, סכרים, טורבינות ותחנות. זרימת מים חזקה מתהווה כתוצאה מהפרשי גובה הקיימים במפלים וסכרים או זרמי נהרות חזקים. כמו כן, ניתן להפיק אנרגיה גם ממי הים בתופעת הגאות והשפל ומניצול תנועת גלי הים. 

הפוטנציאל להפקת אנרגיה בתהליך הידרוחשמלי טמון בתנועתם המחזורית של המים בטבע, המכונה מחזור המים. המים על כדור הארץ מצויים בזרימה מתמדת - הם יורדים כגשם, נקווים באגמים או יוצרים נהרות, נשפכים לים, מתאדים ממנו, הופכים לעננים ויורדים שוב כגשם וחוזר חלילה. מחזור זה מונע בכוחה של אנרגיית השמש ומכוח הכבידה (כוח המשיכה). תנועה זו ניתן לנצל על ידי בניית סכר שאוגר את המים ואשר מזרימם לשם הפעלת טורבינות והפקת חשמל. מים אלו, המנוצלים בתהליך זה להפקת אנרגיה, מוחזרים למחזור המים בטבע ואינם אובדים.

כאשר יורד גשם במקום גבוה כמו הר, המים זורמים אל מקום נמוך ממנו. המעבר ממקום גבוה לנמוך הופך, למעשה, את האנרגיה הפוטנציאלית שטמונה בזרם לאנרגיה קינטית של תנועה. אנרגיה קינטית זו היא זו המניעה את סיבוב הטורבינה המשמשת את הגנרטור שמייצר חשמל. דוגמא נוספת לתנועתם של המים אשר יכולה לשמש להפקת אנרגיה מתקיימת בתהליך גאות ושפל, המופעל מכוח משיכתם של הירח והשמש, הגורמים לגובה פני המים לעלות ולרדת לסירוגין.

כבר בעת העתיקה, ניצלו בני האדם את תנועת המים להפקת אנרגיה. כך, על פי ממצאים שנתגלו במזרח התיכון, שימשו מי הנהרות להנעת גלגלי מים שסובבו אבני ריחיים לטחינת חיטה. גם ביוון העתיקה ובאימפריה הרומית היה שימוש בגלגלי מים לטחינת החיטה, אך באופן מוגבל וזאת בשל השימוש הנפוץ בעבדים ובעלי חיים שזמינותם הייתה גבוהה.

בסוף המאה ה-19 החל לראשונה השימוש בתנועת המים לשם הנעת טורבינות בתהליך הפקת חשמל. להתפתחות טכנולוגית זו תרם במידה ניכרת המהנדס הבריטי ג'ון סמיטון (John Smeaton), אבי מקצוע ההנדסה האזרחית בבריטניה, אשר בנה לראשונה גלגל שיניים גדול מימדים, מברזל מחושל. ב-30 בספטמבר 1882 הוקמה התחנה ההידרוחשמלית הראשונה על נהר הפוקס שבאפלטון (Appleton), ווינסקונסין שסיפקה אנרגיה תוך ניצול זרם המים על ידי השימוש בטכנולוגיה של סמיטון.

תחנת כוח הידרואלקטרית, מפלי הניאגרה, אונטריו, קנדה (צילום: Gettyimages Imagebank)

במהלך השנים לאחר מכן פותחו ושוכללו תהלכי הפקת אנרגיה מתנועת מים. בתחנות הידרוחשמליות מודרניות מייצרים אנרגיה חשמלית על ידי שימוש במים. לדוגמא, תחנת הכוח הבנויה ליד מפלי ניאגרה עצומי המימדים שעל גבול קנדה ארצות הברית מפיקה הספק חשמלי של 2000 מגווט. הספק זה שווה בערכו לחמישית מהספק המופק על-ידי כל תחנות הכוח המצויות בישראל. לתחנת הכוח בסכר אסואן המצרי, שמטרתה לווסת את זרימת הנילוס, יש הספק דומה.

תחנת כוח, המנצלת את הכוח הטמון בזמן הגאות והשפל, הוקמה בצפון-מערב צרפת. ניצול תופעה זו אפשרי היות שהפרשי הגובה הם כ-8.5 מטר, כך שבזמן הגאות, המים זורמים לתוך סכר ובכך מפעילים את הטורבינות המצויות שם.

כאמור הפקת חשמל באמצעות ניצול תנועת מים מצריכה זרימת מים רבת עוצמה. על כן מפעלים הידרו-חשמליים נבנים לרוב בקרבה לאפיקי נהרות או ליד מאגרי מים טבעיים או מלאכותיים. במקרים רבים על מנת להגביר את עוצמת הזרימה ולווסתה כוללים התחנות ההידרו-חשמליות גם סכרים. באמצעות סכר ניתן לבנות הפרש גבהים במפלס המים ובאמצעותו להגביר את עוצמת הזרימה ולשלוט בה. בנתיב המים הזורמים מוצבות טורבינות הידראוליות, הנעתן באמצעות זרם המים גורמת להנעתו של גנרטור חשמלי, היוצר זרם חשמלי.

שלב 1: מפעלים הידרו-חשמליים ממוקמים ליד נהרות או ליד סכרים מעשי-ידי אדם שיוצרים זרימת מים מלאכותית. הסכרים בנויים על מאגרי מים או על אגמים, ובעלי פתחים שניתן לשלוט בפתיחתם לשם וויסות זרימת המים.

שלב 2: האנרגיה של זרימת המים, בעת נפילתם על הטורבינות, הופכת לאנרגיה מכנית המסובבת את הטורבינות.

שלב 3: גנרטור, המחובר לטורבינות, ממיר את האנרגיה המכנית של הטורבינות לאנרגיה חשמלית, ומשם החשמל שהופק נשלח דרך קווי תמסורת לתחנות הפצה של חשמל.

באוגוסט 1927 החל פנחס רוטנברג, מייסד חברת החשמל בישראל, בהקמת תחנת הכוח ההידרוחשמלית הראשונה בא"י, היא תחנת נהריים הידועה גם בשם תחנת ירדן א'. התחנה הוקמה בסמוך לנהרות הירדן והירמוך מהם יצר רוטנברג מעין אגם שבאמצעותו הופעלה התחנה. אך בפברואר 1931, סמוך לזמן פתיחת התחנה ותחילת עבודתה, עלה נהר הירמוך על גדותיו, גרם לשיטפון גדול בנהריים והציף את האזור. לתחנת נהריים נגרמו נזקים כבדים שעיכבו את פתיחתה. רוטנברג יצא לאירופה על מנת לגייס את הכספים הדרושים לתיקון הנזקים ולהשלמת פתיחת התחנה. משימתו הצליחה והתחנה נחנכה לראשונה ב-9 ביוני 1932, בטקס צנוע. תחנה זו פעלה עד לכיבושה בזמן מלחמת העצמאות בידי הלגיון הערבי (לימים הלגיון הירדני).

תחנת הכוח ההידרו-אלקטרית נהריים, 1950 (צילום: לע"מ)

נכון ל-2008 פועלות בישראל שש תחנות קטנות המספקות אנרגיה בהיקף מצומצם למספר ישובים הממוקמים ליד מקורות מים, לדוגמה: קיבוץ הגושרים הנמצא ליד מעין ברוך, עין הנציב, בית אלפא, מגדל העמק ופרדס חנה. תחנות אלה ניזונות מהזרימה של יובלי הירדן או ממי קידוחים של חברת מקורות, ורובן פעילות למשך חודשי החורף בלבד.

תעלת הימים

עוד במחצית המאה ה-19, הועלה הרעיון של חפירת תעלה שתחבר בין הים התיכון לים המלח ולירדן. רעיון זה אף נזכר ב"אלטנוילנד" , ספרו האוטופי של בנימין זאב הרצל. תפקידה של תעלה זו יהיה להזרים את מי הים התיכון לירדן. ההערכה היא כי בזכות הפרשי הגבהים, הנאמדים על 400 מטר, בין הים התיכון לים המלח, ניתן יהיה לנצל את זרימת המים בתעלה לצורך הקמתה של תחנת כוח בהספק של כ- 200MW.

לקריאת הכתבה - לחצו כאן