טורבינת רוח

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
שורת טורבינות שהוקמו בארסונד - מצר ים בין שבדיה לדנמרק
Turbiny wiatrowe ubt.jpeg
טורבינת רוח בלוקסמבורג
טורבינת רוח בטנריף
טורבינת רוח אנכית

טורבינת רוח היא מדחף המשמש להמרה של אנרגיית רוח לאנרגיה חשמלית.

טורבינת רוח היא גרסה מודרנית של טחנות הרוח ששימשו לטחינה של חיטה לקמח. קיימים שני סוגים של טורבינות רוח: טורבינות ציר אופקי, בהן האנרגיה המכנית מסיבוב הציר האופקי מחוברת ישירות לגנרטור, באופן המזכיר מאוורר, וטורבינות ציר אנכי, בהן אנרגיית הסיבוב של הציר האופקי מסובבת ציר אנכי המחובר לגנרטור שבבסיס הטורבינה. השימוש בטורבינות נפוץ בעולם, ודנמרק היא מהחלוצות בשימוש במקור אנרגיה זה.

טורבינות רוח בישראל ובעולם[עריכת קוד מקור | עריכה]

בנובמבר 1980 הוכרזה לראשונה במשרד האנרגיה והתשתית תוכנית לניצול אנרגיית הרוח בישראל, שבמסגרתה בוצעו פעולות לאיתור אתרים לטורבינות רוח וחוות רוח, מחקר ופיתוח, התחברות לרשת החשמל ולהקמת טורבינות רוח לייצור חשמל כמתקני הדגמה ובחוות רוח.

ב-1984 משרד האנרגיה אישר לתושבי כליל שבגליל המערבי, להתקין טורבינות רוח קטנות וזולות, ולמכור עודפי חשמל לחברת החשמל. האישור ניתן בעקבות כישלון הניסוי בתאים פוטו-וולטאים, שייצרו מעט מדי חשמל. יוזמה זו הצליחה, ותושבי כליל החלו למכור עודפי חשמל לחברת החשמל כבר ב-1985.

טורבינת רוח גדולה להדגמה ראשונה לייצור חשמל הוקמה והופעלה בשנה 1981 בקרבת מפעל ישקר במעלות-תרשיחא ביוזמת משרד האנרגיה והתשתית ובסיועו, בשיתוף פעולה עם מפעל ישקר. החשמל שייצרה הטורבינה סופק ישירות למפעל. טורבינת הדגמה שנייה הוקמה והופעלה ב-1985 בתל קטיף. הטורבינה הוכרה על ידי משרד האנרגיה והתשתית ועל ידי חברת החשמל כ"יצרן חשמל פרטי" ראשון, וחוברה לרשת חברת החשמל. החשמל שייצרה נמכר לחברת החשמל על פי תעריפי חשמל ליצרני חשמל פרטיים מאנרגיות מתחדשות שהוגדרו אז לראשונה.

ב-1986 הקימה חברת החשמל טורבינת רוח להדגמה בגוש שגב בגליל. כמו כן הוקמה ב-1986 טורבינת רוח להדגמה כ"יצרן חשמל פרטי" במעלה גלבוע. ב-1987 הוקמה טורבינת הדגמה בבית יתיר. וב-1988 - על רכס הר כביר, ליד אלון מורה. ב-1987 נבנתה טורבינת רוח אופקית גדולה, לפי שרטוטיו של המהנדס והממציא אלכסנדר זרחין באתר הבניה של העיר אפרת. הרוחות החזקות במקום פרקו את המתקן, והניסוי הופסק. באותה שנה בסיוע משרד האנרגיה נוסתה טורבינת רוח אופקית נמוכה, ביישוב תקוע‏‏‏[1]. ב-1992 הוקמה חוות רוח ובה עשר טורבינות על הר בני רסן שברמת הגולן. מאז המחצית הראשונה של שנות ה-2000 מתוכננת בניית חוות טורבינות ברמת סירין בגליל.

נכון ל־2013, טורבינות רוח מפיקות חשמל למערכת החשמל הארצית בהיקף של 6.2 מגה-וואט, בשני אתרים ברמת הגולן. מחקר שנערך הצביע על כדאיות כלכלית בהפעלת טורבינות רוח במזרח רמת הגולן (קו התלים), עם אפשרות ייצור של 100 מגה-וואט בהשקעה של 100 מיליון דולר. עם זאת, התנגדות מערכת הביטחון (בשל טענה לשיבוש מערכות צבאיות אלקטרו-מגנטיות) מונעת את הרחבת פריסת טורבינות הרוח ברמת הגולן‏[2].

ישנם מספר גופים לא ממשלתיים העוסקים בקידום הפקת אנרגיית הרוח בישראל‏‏‏[3], ובמקומות שונים בארץ נעשו סקרי רוחות לגבי כדאיות הפעלת טורבינות רוח במקום. בסקר שנעשה ב-1980 עבור משרד האנרגיה, נבחר מספר מקומות מצומצם, ולשם הופנו עיקר המאמצים‏‏‏[4]. בעקבות החוק החדש של משרד האנרגיה משנת 2008, יש בישראל היערכות של ארגונים שונים, לקראת הפעלת טורבינות קטנות ובינוניות בפריסה רחבה הרבה יותר‏‏‏[5][6]‏‏.

בארצות הברית ובאירופה השימוש בטורבינות רוח נפוץ ביותר. בארצות הברית החלה התפתחות משמעותית בתחום בתחילת שנות ה-80 במדינת קליפורניה. גם באירופה החלה התפתחות בתחום בשנות ה-80: בגרמניה ובמדינות סקנדינביה; דנמרק היא אחת החלוצות בהקמת טורבינות רוח, ובשנת 2004 כ-20 אחוז מהחשמל במדינה זו יוצר באמצעותן. בשנות ה-90 וה-2000 הואץ השימוש בטורבינות רוח במדינות נוספות באירופה כמו אנגליה, ספרד, ועוד.

ב-2013 הסתיים השלב הראשון בהקמת חוות הטורבינות הימית מערך לונדון, אשר עם השלמתה צפויה להיות חוות טורבינות הרוח הימית הגדולה בעולם.

נצילות וסוגי טורבינות[עריכת קוד מקור | עריכה]

נצילות הטורבינה הוא היחס המבוטא באחוזים בין כמות האנרגיה הקינטית של הרוח שהייתה עוברת ביחידת זמן דרך שטח חתך הפעולה של המדחף ("שטח הדיסק"). עדר המדחף, לבין כמות האנרגיה החשמלית הרגעית המופקת ביחידת זמן בפועל באמצעות המדחף. נצילותה המקסימלית התאורטית של טורבינת רוח הוא כ 59.3% ("גבול בץ" או Betz-Limit), אולם נצילות זו אינה בת השגה. הנצילות המעשית לה טוענים יצרני ומפעילי טורבינות רוח הוא בין כ-15% לכ-35%.

טורבינות רוח מופיעות בשתי גרסאות עיקריות:

  1. טורבינות ציר אופקי, ברובן בעלות מבנה הדומה בעיקרו לזה של מאוורר עם כנפי מדחף, אך אופן פעולתן הפוך: בעוד שבמאוורר אנרגיה החשמלית מסובבת את כנפי המאוורר באמצעות מנוע לשם יצירת רוח מלאכותית, בטורבינת רוח אנרגיית הרוח מסובבת את להבי הטורבינה המניעות גנרטור להפקת אנרגיה חשמלית.
  2. טורבינות ציר אנכי, ברובן בעלות מבנה דמוי "להבת נר" הנוצר באמצעות שניים עד שלושה להבים קשתיים המחוברים בקדקדם ובבסיסם אל ציר אנכי המניע גנרטור. סוג נוסף של טורבינות ציר אנכי, אשר לעתים מונח אופקית בצמוד לקרקע, או אנכית צמוד לקיר, הינה טורבינת המפוח, או "גלגל סנאי". מחקר של הרשות המדעית באיחוד האירופי עבור הפעלת טורבינות רוח באסיה, מצא שיעילות הטורבינות הללו מגיעה ל85% ויותר, בעוד טורבינות המדחף מגיעות ליעילות של 55%-65% בלבד ‏‏‏[7].

המחקר והנסיון מראים כי נצילותן של כל טורבינות ציר אנכי גבוהה מזו של טורבינות ציר אופקי, אך השימוש בהן רווח פחות, מסיבות של עלויות תכנון והקמה.

בשנת 2008 הומצאה מערכת מיתרים להפקת אנרגיה מרוח (חגורת רוח), ללא טורבינה. מערכת זו פועלת בעקבות תנודות של חגורה בין סלילים ומפיקה אנרגיה חשמלית‏‏‏[8]. הממציאים צופים שמערכת זו תקל מאוד על הפקת אנרגיה ביתית מרוח.

הפקת חשמל באמצעות טורבינות רוח[עריכת קוד מקור | עריכה]


הפקת חשמל מאנרגיית רוח היא בין הדרכים הזולות ביותר לייצור חשמל, בהשוואה למחירי השוק של הפקת החשמל מאנרגיות אחרות. פוטנציאל ייצור החשמל באנרגיית הרוח, יחסי למהירות הרוח בחזקה שלישית. למשל: תפוקת החשמל מיחידת שטח הניצבת לכיוון הרוח ברמת הגולן, היא בממוצע פי 8 מאשר במישור החוף, מאחר שמהירות הרוח ברמת הגולן היא בקירוב כפולה מזו שבמישור החוף. ההערכה היא שייצור החשמל באנרגיית רוח הוא כלכלי, באזורים בהם מהירות הרוח עולה על 8 מטרים לשנייה (28.8 קמ"ש), בממוצע. מהירויות כאלה נרשמו באזורים שונים בעולם, כגון בקליפורניה (בין האוקיינוס למדבר), באיים שונים (הקנאריים, הים האגאי, הוואי) ועוד. עם זאת, עשרות אלפי טורבינות רוח הותקנו בארצות הברית ואלפי טורבינות באירופה, בהודו ובמדינות נוספות רבות, גם באזורים בהם עוצמת הרוח קטנה יחסית. בדנמרק, לדוגמה, הותקנו טורבינות רוח על בסיס כלכלי, באזורים בהם נושבות רוחות במהירות ממוצעת של 5.6 מטרים לשנייה, בתנאים בהם תפוקת החשמל נמוכה בכ- 40% מזו שבמהירויות הגבוהות דלעיל, וכך גם בגרמניה ובמקומות אחרים.

הפעלת הטורבינות ביעילות הנמוכה כדאית, בגלל מחירי עידוד והטבות שונות לייצור חשמל מאנרגיית רוח. בארצות אלה, קובעי מדיניות תעריפי החשמל מכירים בערך הסביבתי של ייצור אנרגיה נקייה, ומוצאים דרך לסבסד אותו.

גידול השימוש בטורבינות רוח ליצור חשמל בשנים האחרונות[עריכת קוד מקור | עריכה]

  • בשנת 1990 כבר פעלו בעולם כ-20,000 טורבינות על אנרגיית רוח, וסיפקו בערך 2,000 מגוואט חשמל. 90% מטורבינות הרוח בעולם מופעלות במדינת קליפורניה בארצות הברית, בה גדולה המודעות למקורות אנרגיה חלופיים.
  • בשנת 1998 נוספו 2,100 מגוואט חשמל שיוצר באמצעות אנרגיית רוח. זוהי עלייה של 35% לעומת שנת 1997. סך הכול ייצור החשמל בשנת 1998 באמצעות טורבינות רוח הסתכם ב 9,100 מגוואט. תעשיית המתקנים לניצול אנרגיית הרוח מכרה בשנת 1998 בסכום של כמעט שני מיליארד דולר.
  • בשנת 1999 ייצרו טורבינות רוח 21,000 מגוואט-שעה חשמל. מספיק כדי לספק צריכה של 3.5 מיליון בתים בעיר.

על פי דיווח של הארגון האמריקאי לשימוש באנרגיית רוח (American Wind Energy Association):

  • בשנת 2002 הותקנו בעולם תחנות כוח חדשות המפיקות 6848 מגוואט חשמל, והביאו את הייצור העולמי לרמה של 31,000 מגוואט.
  • הייצור של חשמל מאנרגיית הרוח בארצות הברית הגיע בשנת 2002 לכמות של 4,700 מגוואט (כמות אנרגיה המספיקה לכ-3 מיליון דירות מגורים). מתוך זה נוספו במשך שנת 2002 כ 400 מגוואט.
  • בשנים 2005-2008 ההספק המותקן בעולם היה 59,091. 74,223, ,93,849 ו-121,188 מגאוואט בהתאמה.

יתרונות וחסרונות בהפקת חשמל מאנרגיית הרוח[עריכת קוד מקור | עריכה]

יתרונות[עריכת קוד מקור | עריכה]

עלות הפקת חשמל נמוכה, עקב הניצול של אנרגיה זמינה. רוח אינה עולה כסף, ולא נדרש דבר כדי ליצור אותה. המקור לה הוא מהאנרגיה הסולארית (כשהאוויר מתחמם אוויר אחר תופס את מקומו ונוצרת רוח). למעשה, העלויות העיקריות הכרוכות בהפקת החשמל מטורבינות רוח הן עלויות התכנון וההקמה של התחנות המבוססות עליהן. השקעה ראשונית זו עשויה להיות כדאית, משום שתהליך ייצור החשמל והתפעול השוטף זולים. עקב פשטות המערכת כמות התקלות בה נמוכה יחסית.

יתרון נוסף הוא שאנרגיה חלופית זו אינה מזהמת את הסביבה ואינה מכלה מחצבים כמו תחנות כוח מבוססות דלק דוגמת פחם, נפט וגז טבעי.

חסרונות[עריכת קוד מקור | עריכה]

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, עלות החומרים באנרגיה ופגיעה בניצול קרקעות. החששות העיקריים הם מפני הרעש שיוצרים להבי טורבינות הרוח, הפגיעה בנוף והנזק לבעלי חיים. כמו כן ישנם מחקרים שהוכיחו שלחוות גדולות ישנה השפעה שלילית על האקלים ולשימוש מאסיבי בטורבינות בינוניות יכולה להיות השפעה על האקלים הקרוב‏‏‏[9]. להלן פירוט של החסרונות ופתרונותיהם:

  1. 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 ובחירת אתרים מתאימים, מבחינת זרימת הרוח, המרוחקים ממקומות יישוב. כשממקמים חוות רוח במרחק מספיק מהיישוב (1-2 ק"מ) אין שום השפעה של הרעש ביישוב.
  2. השפעת טורבינות הרוח על עופות נחקרה במדינות המנצלות אנרגיה של הרוח. הנושא החשוב ביותר היה התנגשויות של עופות 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. כשמשווים את הפגיעה טורבינות רוח למבנים אחרים מעשי אדם היא נמצאת זניחה.
  3. שאלת הפגיעה בנוף היא סובייקטיבית מעיקרה, אבל את ההתנגדות הגדולה ביותר מעוררות חוות רוח הבולטות לעין באזורים גבוהים בהרים. חלק מהגורמים המשפיעים על המראה ניתנים 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.
  4. החיסרון העיקרי של ייצור חשמל מאנרגיית רוח נובע מהתלות המוחלטת בנשיבת הרוח. ניתן להתגבר על מחסור ברוח באמצעות תכנון מערכי טורבינות הרוח לפעולה בזמן שיא הביקוש, אומר ביירה-מדסן, נשיא חברת טורבינות הרוח הדנית, MICON NEG, ומבהיר ש"צריכת האנרגיה בדנמרק מגיעה לשיאה בשעות אחה"צ של ימי דצמבר הקרים, וסביר להניח שבשעות אלו נושבת הרוח בעוצמה הרבה ביותר".
  5. חיסרון עיקרי נוסף הוא היעדר אמצעי אחסון לחשמל, שהופק בעת שהרוח נשבה בחוזקה. מעריכים שטכנולוגיות עתידיות כגון גלגלי תנופה, או כמצברי ענק יפתרו בבוא הזמן את בעיית אחסון החשמל.
  6. חיסרון עיקרי נוסף הוא כמות התפוקה: נדרשות הרבה טורבינות על מנת להפיק חשמל בהספק של תחנת כוח שורפת-דלק גדולה.
  7. השפעה על האקלים. חוות רוח יכולות לשנות את מאפייני זרימת האוויר ועוצמתו, ובכך להשפיע על הסביבה הקרובה והרחוקה, הן ברמות החום והקור, והן במשקעים, על ידי שינוי מקום ירידת הגשם, ושינוי בעצמת הגשם והטל‏‏‏[10].

שיקולים נוספים[עריכת קוד מקור | עריכה]

ההוצאות החיצוניות של יצור חשמל בתחנות כוח הכוללות זיהום אוויר, נזק לבריאות, ניקוי כתמי נפט ודליפות אינן נכללות בדרך כלל בתחשיב מחירי החשמל. הכללת הוצאות אלו בתחשיב מוליכה למסקנה שניצול אנרגיית הרוח לייצור חשמל הוא האמצעי הזול ביותר.

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.

פיתוח הפקת אנרגיה מרוח מעורר תחושות מנוגדות אצל קבוצות שונות של בעלי עניין. בחינת השלכות הטכנולוגיה על הסביבה צריכה לתת מענה להסתייגויות מבלי לוותר על היעד העיקרי, הספקת אנרגיה בלתי מזהמת. על המהנדסים והפוליטיקאים לבחון את כל האפשרויות על מנת לשכנע את הציבור שיתרונות ייצור החשמל מרוח עולים על החסרונות.

אנו רואים שהאמצעי הזול ביותר לייצר חשמל הוא באנרגיית הרוח, ונמצאו או שקרוב לוודאי שיהיו בקרוב פתרונות לחסרונות העיקריים של הפקת חשמל מאנרגיית הרוח. בעתיד הלא רחוק, אולי בשנת 2020 כבר כ-20% מאספקת החשמל העולמית תהיה של חשמל שהופק מאנרגיית הרוח.

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. ^ ‏מאמר על מצב הפקת אנרגיית הרוח בישראל בדיוק לפני הקמת החוות הראשונות.‏
  2. ^ אתר חוות הרוח בגולן
  3. ^ רשימת ארגונים‏ ומאמר בעניין מעורבות הארגונים הירוקים בקידום תחנות כוח מונעות ברוח. בנוסף לאלו ישנם ארגונים קטנים וחברות אשר קידמו את העניין במשך שנים רבות. ביניהם הקואופ לאנרגיית הרוח, וכן ממציאים ישראלים שונים, המוכרים את פתרונותיהם בעולם.
  4. ^ ‏מחקרו של ד"ר משה דן הירש‏ מ-1980 לגבי מקומות מתאימים לטורבינות רוח המחקר שימש בסיס למשרד האנרגיה בכל פעולותיו בשני העשורים הבאים.
  5. ^ על פריסה רחבה של תחנות פרטיות בעקבות החוק החדש‏
  6. ^ ארגון הקואופרטיב לאנרגיית רוח בישראל‏
  7. ^ ‏מחקר לצורך התקנת טורבינות רוח באסיה
  8. ^ מערכת חגורת הרוח
  9. ^ מחקר על השפעות חוות רוח על האקלים העולמי‏
  10. ^ ‏שם‏