גם בישראל: להפיק חשמל מן המים

לפני כעשור החלה להתרחש מהפכה בתעשיית האנרגיה בישראל ובעולם. אנרגיה סולארית פוטו וולטאית התפתחה במהירות מואצת, כתוצאה מירידה משמעותית במחירי הפאנלים. במקביל, בשל אינטרסים מדיניים בישראל ורצון להגביר את עצמאות יצור האנרגיה ולהפחית את פליטת גזי החממה, המדינה עודדה את התעשייה הזו והעניקה תמריצים אטרקטיביים התומכים בטכנולוגיה. וכך עידן האנרגיה הסולארית החל במלוא עוצמתו. מוסדות ממשלתיים, מתקנים תעשייתיים, לולים, ובתי ספר התקינו מערכות סולאריות לייצור חשמל בכל משטח זמין. בדיוק כשחשבנו שאין עוד מקום שלא נוצל, הפאנלים הסולאריים החלו לצוץ בעוד מרחב בנוף - על מאגרי מים.

התופעה החדשה של פיתוח מערכות צפות Floating PV -FPV)) על מאגרי מים, רק בתחילתה. כבר לפני 30 שנה החלו לכסות את מאגרי המים באמצעות כיסויי פלסטיק שונים, המפחיתים את אחוזי ההתאיידות של המים מ-30% ל- 10% בלבד ומונעים גידול אצות הסותמות את צנרת המים.

כיום, כשתעשיית האנרגיה הסולארית מוכיחה את עצמה כמקור אנרגיה עמיד וזול, החקלאים ורשויות המים שואלים את עצמם, אם כבר לכסות מאגרי מים - מדוע שלא להפיק חשמל על הדרך? לא רק שטכנולוגיית FPV תמנע התאיידות של המים וגידול אצות, אלא גם תוכל לספק את החשמל הנחוץ לחקלאים ורשויות המים.

היתרונות

המשקיעים רואים בהקמת מערכות על מאגרי מים הזדמנות כלכלית, בהתחשב במספר יתרונות. ראשית מחיר השטח להתקנת מערכות לייצור אנרגיה אפסי ביחס למחיר התקנת מערכות קרקעיות. שנית, ניתן לעצב את המערכות בעזרת עבודות אזרחיות מינימליות של חפירות, סלילת שבילי עפר ויישורי קרקע לניקוזי מים. במרבית המקרים, לצד מאגרי המים ניתן למצוא שלל לקוחות הצמאים לחשמל, ובהם החקלאים, רשויות המים והיישובים המתגוררים באזור המאגר. בנוסף, מאגר המים מצנן את המערכת הסולארית, דבר התורם ליעילות המערכת ומגביר את תפוקת המערכת ביחס למערכות המותקנות על קרקע או גגות מבנים.

כמו כן, ברוב המקרים, על מאגרי המים מוטל הרבה פחות צל, אם בכלל, ולכן המערכות אינן סובלות מירידה ביעילות במשך היום בשל הצללות. התקנת מערכות FPV גם מוערכת כמהירה יותר מהקמת מערכות קרקעיות וזאת מכיוון שהקונסטרוקציה פשוטה יותר להתקנה ולרוב אינה מחייבת קדיחות לתוך הקרקע.

מייק גרין (צילום: שמשון רפופורט)

שמשון רפופורט(צילום: אמ גי' לייטנינג)

החסרונות

כידוע, לכל טכנולוגיה יש גם חסרונות ומערכות ה-FPV אינן יוצאות מן הכלל. מאפיין בסיסי של מערכות אלה הוא שהן צפות על פני המים ועל כן נעות ללא הפסקה. התוצאה: חיכוך תמידי בין החיבורים והמפרקים של המערכת, עובדה שהיא בעלת חשיבות עליונה בהערכת עמידות המערכת.

האם הקונסטרוקציה הזו עמידה למשך 25 השנים המצופות מהמערכות הסולארית? רוב היצרנים של מערכות FPV מציעים אחריות מוגבלת ל-10 שנים, כך שקיים חשש שהמצופים הנושאים את הפאנלים מועדים להיסדק וערך הציפות שלהם יפחת עם הזמן.

עמידות המערכות אינה האתגר היחיד בפיתוח מערכות אלו. כמו בכל טכנולוגיה חדישה, ישנם שלל אתגרים טכניים המייקרים את המערכת ומגדילים את הפוטנציאל לתקלות. לצד אלה, נראה שהחשש הבולט ביותר הוא טביעה של המערכת וכתוצאה מכך הרס מוחלט של רכיבי החשמל. סיכוני הרטיבות מאלצים את המתכננים לעצב את המערכות תוך שימוש בכבלים עמידים למים המייקרים את המערכות ועם זאת, לא מונעים לחלוטין את הפגיעה ממי המאגר. גם המאמץ להגן על המערכת מפני הרוחות, מחייב את היצרנים להטות את הפאנלים בזוויות של 5-20 מעלות, דבר שלרוב מפחית את יעילות המערכת.

למרות כל החששות והסיכונים הנלווים לטכנולוגיה זו, תעשיית ה-FPV ממשיכה להתפתח במהירות מואצת בזכות הפוטנציאל העצום שלה. לפי נתוני הבנק העולמי, יש בעולם מאגרים רבים מאוד מעשי ידי אדם, ואם 5% בלבד משטחם ישמש למערכות צפות, ההספק הפוטנציאלי יעמוד על יותר מ- 2000 GWp (ג'יגה וואט).

בארץ, המחקר האחרון שרשות החשמל ערכה בנושא טכנולוגיית FPV מעריך שההספק הפוטנציאלי המקסימלי שלה בישראל היא 3GWp (ג'יגה וואט) כך שפיתוח של 10% בלבד מתכולת ההספק הפוטנציאלי יתרום 300 מגה וואט להספק החשמל בישראל.

ומה עם הים?

הנתונים עד כה, מתייחסים למאגרי מים, אשר לצידם ניצב מרחב עצום לשימוש זה: הים. שטח הימים בעולם הוא 362 מיליון מ"ר. ניצול של אחוז בודד משטח הים לטובת הפקת חשמל באמצעות מערכות FPV יפיק כ-360 ג'יגה וואט. בנוסף, העובדה שכ- 80 מאוכלוסיית העולם חיה במרחק של עד 100 ק"מ מרצועת החוף, מבטיחה צרכנים קרובים למערכות לאורך החוף, ולפיכך הקטנת עלויות הובלת החשמל לצרכן.

עם זאת, פיתוח מערכות צפות בלב ים מחייב מערכת הובלה תת ימית במתח גבוה ולכן פרויקטים אלה יקרים בהרבה. בנוסף, בים זרמי מים חזקים, גלים גבוהים, וגאויות שגורמות להפרשי גובה מים קיצוניים, וקיימים סיכונים נוספים הנובעים מאקלים רווי מלח ומקיומן של חיות ים גדולות העלולות להשחית את המערכת במהירות מוגברת.

בשנים הקרובות אנחנו צפויים לראות גידול משמעותי במספר המערכות ה-FPV בעולם בשל שלל יתרונותיה. גם בישראל מתחילים לראות ניצני פעילות ושיתופי פעולה להקמת מתקנים פוטו וולטאיים על מאגרי מים. עם זאת, נראה שמבנה המערכות הצפות החדשות עדיין בשלבי התפתחות וישנם אין ספור נעלמים וסיכונים שנותר עוד לגלות, לפני שהמערכות הפוטו וולטאיות תהיינה עמידות ונאמנות לעשרות שנים של תפוקת חשמל סולארית לצרכנים.

מייק גרין הוא חבר בכיר בהתאגדות מהנדסי חשמל ואלקטרוניקה בישראל ומחלוצי ענף הסולאר במדינת ישראל. שמשון רפפורט הוא מהנדס חשמל המתמחה בתעשייה הסולארית. שניהם ישתתפו במושב אנרגיה סולארית בכנס החשמל השנתי הבינלאומי של התאגדות מהנדסי החשמל והאלקטרוניקה שיתקיים ב- 5-8 בנובמבר באילת.