אחד הנושאים החמים בשיח על מעבר לאנרגיות מתחדשות ובפרט סולארי זה השטח שיידרש להקצות לצורך הצבת פאנלים סולאריים בכדי לספק כמות כזה או אחר של חשמל בישראל.

שאלה זאת רלוונטית ברמה של המדינה. כמה שטח יידרש להגיע 30 % אחוז מתחדשות בשנה נתונה. כמה שטח יידרש להגיע ל 50% ? כמה שטח יידרש להגיע לאספקה של מאה אחוז מהחשמל או מהאנרגיה הנצרכת במדינה בשנה נתונה ? . האם אפשרי בכלל ?  מסתובב לא מעט הערכות שגויות בנושא זה. לכן חשבתי לפרסם מידע ברור.

 

טכנית ניתן לצמצם פליטות נטו של גזי חממה על יד ספיגה של פחמן דו חמצן מהאטמוספרה. זה כנראה יהיה חלק מחבילת אמצעים שיידרשו. אך שמתי דגש כאן על מניעת הפליטות איפה שאפשר. ברוב המקרים יהיה קל וזול יותר להימנע מפליטות מאשר לבצע תהליך ספיגה עם כל העלויות הכרוכות בכך.

החישובים כאן נועדו לתת סדר גודל. השטח בפועל שיידרש תלוי בגורמים רבים כולל טכנולוגיה ומדיניות וסדרי עדיפות. עם זה, יש ערך רב לסדרי גודל. תקוותי שמתן תשובות בנושא זה יחזק התמיכה במעבר מהיר למקור האנרגיה העתידית העיקרית של ישראל קרי אנרגיה סולארית בצירוף אמצעי אגירה מגוונים.

 

 

Toggle

 

כמה קרקע יידרש ?

התשובה הפשוטה לשאלה הזאת לכל השנים והאחוזים היא שקרוב לאפס. סולארי ניתן למקם על גגות מסוג זה או אחר. לכן טכנית , בהינתן מספיק גגות זמינות , ניתן להקים כמה סולארי שרוצים בלי לצרוך קרקע. למתקנים גדולים יידרש איזה שטח לאמצעי אגירה, תלוי באמצעי בשימוש. אך לא מדובר על שטח משמעותי בהתחשב בשטח הבנוי בארץ.

 

בכדי למנוע צריכה או תפיסה של שטח לצורך קליטה של אנרגיה סולארית אנחנו צריכים לזהות או להקים גגות או גגונים בכמות מספקת, ובלי לפגוע בשימוש העיקרי של השטח. אך לפני כן כאמור יש להבין סדרי גודל גגות נדרשים.  לפני כן יש לבסס נתון כמה חשמל ניתן לייצר ממטר רבוע גג בארץ.

 

 

 

כמה חשמל ניתן לייצר ממטר רבוע בארץ גג בארץ

 

בכדי לבסס נתון לנושא זה, בדקתי כמה חשמל ניתן לייצר לאורך שנה ממטר רבוע בארץ היום. בהינתן נתון זה ניתן בקלות לחשב סדר גודל גגות נדרשים לספק כמות כזה או אחר של חשמל. לצורך החישוב כמה חשמל ניתן לייצר ממטר רבוע התבססתי על שני מקורות כלהלן:

• א)מקור מידע ראשון האתר PVWatts . אתר זה שייך ומופעל על ידי ה National Renewable Energy Laboratory  של ארה"ב. אתר זה נותן מידע על צפי ייצור חשמל  עם פאנלים שונים, לפי בחירה של מקום בעולם.
• מקור שני תשאול מתקינים סולאריים בפועל היום.

פרטים על החישוב ניתן למצוא בקובץ האקסל המצורף.

 

יש הבדלים של כמה אחוזים לפי מקום בארץ. לצורך הפשטה הכנסתי החישוב שנכון לתל אביב, מקום טוב באמצע.

ניתן להגדיל התפוקה משטח נתון בכ 15% באמצעות מערכת  אשר מזיזה הפאנלים לפנות לשמש   (tracker)   על ציר אחד . היות שאלו מערכות שפחות נוחות להתקנה על גגות, התעלמתי מאפשרות זו בחישובים כאן.

לצורך הפשטה חישבתי הנתון לגגות שטוחים. גג עם שיפוע יוכל לייצר פחות או יותר, תלוי בשיפוע בפועל.

 

החישוב באמצעות האתר הנ"ל הצביע על כך שניתן, בתכנון נכון, להגיע לייצור של כ 360 קווט"ש למטר מרובע באזור המרכז לאורך שנה. החישוב באמצעות אמות מידה מתקין סולארי הביא לצפי ייצור של 275  קווט"ש למטר מרובע לאורך שנה.

 

בכדי לתת מרווח ביטחון התבססתי על הנתון הנמוך יותר.  לכן בחישובים בהמשך אני לוקח כנתון  שנכון להיום ניתן להפיק ממטר רבוע גג בארץ בממוצע  275 קווט"ש בשנה.

 

 

שטח גג נדרש לספק מלוא צריכת החשמל של תושב ממוצע במדינה

היות שאזרח ממוצע במדינה צורך בשנה נתונה כ 7470 קווט"ש , חישוב גס יצביע על כך שמספיק שטח גג של 27 מטר מרובע, עם פאנלים סולאריים בכדי לספק מלוא החשמל הנדרש. זה חישוב גס , שמתעלם לרגע מהצורך באגירה למתחדשות. נדייק יותר בהמשך. כן נתחשב כאן באיבוד אנרגיה ברשת בהזרמה ממקום למקום. רשות החשמל מעריך את איבודי האנרגיה בהזרמה ב 7.5 %. לכן התחשבות באיבוד אנרגיה זו יעלה שטח גג הנדרש לאדם ל 29 מטר.

אתייחס כאן גם לסוגיית אגירה. השמש לא זורח כל הזמן, לכן שילוב אגירה עם סולארי חיוני להגיע לאספקה של אחוזים גבוהים של הצריכה מסולארי. כל אמצעי אגירה צורך אנרגיה להפעלתו, כמה אנרגיה נצרכת תלוי בטכנולוגיה.

מבחינה פונקציונלית , ישנם שני סוגי אגירה שיידרשו בכדי שסולארי יוכל , בבוא היום, לספק חשמל 365/24 .

• אגירה שעתית. נועד לספק חשמל למספר שעות, בדרך כלל משהו בין 4 ל 8 שעות. אגירה זאת נועדה לאפשר אספקת חשמל בלילות, ובהתחשב בכך שבדרך כלל הצריכה יורדת בלילה. מבחינה טכנולוגית ישנם הרבה פתרונות לאגירה זו כולל סוללות כאלו או אחרות, אגירה מבוססת אנרגיה פוטנציאלית כבידתית כגון אגירה שאובה ואחרים ועוד הרבה. אגירה שעתית מסוגים שונים זמינה בשוק היום. איבודי אנרגיה בטכנולוגיות אלו משתנים בין האמצעים השונים. לצורך החישובים במסמך זו, הערכתי איבוד אנרגיה ממוצעת בין אנרגיה נכנסת לאגירה לאנרגיה יוצאת של 20%.
• אגירה עונתית. נועד לכסות הפער בין ייצור קיץ לחורף. מבחינה טכנולוגיה אנחנו מכירים מה צריך לעשות בכדי לאגור אנרגיה לחורף. יש צורך להשתמש באנרגיה בכדי לייצר מימן או חומר אחר שאוגר אנרגיה. אך מעשית אמצעי זאת לא זמינה בשוק היום לטפל בכמויות אנרגיה גדולות. לכן הנחת עבודה שלי שאגירה עונתית לא תיושם בארץ בהיקף מסחרי בשנים הקרובות ועד 2030. כאשר אנחנו מתכננים העתיד שנים 2040 והלאה, אמצעי זאת בהחלט יהיה רלוונטי. איבוד אנרגיה מימן ותוצריו מוערך ב 50%.

 

שטח גג נדרש לספק 90 % צריכת חשמל של תושב ממוצע בשנת 2030

אני יוצא כאן כאמור מתוך הנחה שאגירה עונתית לא תהיה זמינה בשנת 2030 . המשמעות היא שניתן להגיע בשנה זו לאספקה של רק כ 90% חשמל ממתחדשות . בהתחשב בכך שכחצי מהחשמל יצטרך לעבור דרך אגירה שעתית, כ 10% מהחשמל המיוצר יוצרך באגירה. לכן שטח גג נדרש לספק 90% מהצריכה יעמוד בשנת 2030 על כ 29 מטר לאדם.

 

 

מעבר תחבורה לחשמל – כמה ישפיע על הביקוש לחשמל

תחבורה ממונעת מתחלקת ל:

• תחבורה ממונעת יבשתית קרי תחבורה באמצעות רכבים, אוטובוסים, רכבות, משאיות וגם אופנועים.
• תעופה – מטוסים.
• תחבורה ימית – אוניות.

 

תחבורה יבשתית

לגבי אמצעי תחבורה ממונעים ישנה הערכה לגבי המשמעות מבחינת צריכת חשמל של מעבר אמצעי תחבורה אלו להנעה באמצעות חשמל[1]. הערכת משרד האנרגיה שלאחר מעבר כמעט כל אמצעי התחבורה היבשתיים לחשמל ב 2050  , הביקוש לחשמל יעלה בסביבות 15% .  יש בכל הערכה כזאת חוסר וודאות מסוימת. נתחשב בכך שמשרד האנרגיה הניח שיישארו משאיות גדולות  שלא יעברו לחשמל עד 2050. לכן מספר של 20% תוספת ביקוש לחשמל ממעבר מלא של תחבורה יבשתית לחשמל  נראית סבירה.

כמובן תוספת זו תשפיע באופן הדרגתי, תלוי בקצב מעבר תחבורה יבשתית לחשמל.

 

תעופה

מעבר תעופה לדלקים נטולי פליטות לא צפויה בשנים הקרובות. מעבר כזה יחייב הסכמים בינלאומיים. אם מדובר על סוג דלק אחר יידרש דור חדש של מטוסים. סוללות לא צפויות להיות מתאימות לשימוש בתעופה למרחקים ארוכים בעקבות משקל הסוללות . בטווח הארוך פיתרון באמצעות מימן או דלק שיוצר ממימן נראה אפשרי . עד שדברים אלו יתממשו , האמצעים הזמינים להקטין הפליטות נטו מתעופה הם בעיקר:

• צמצום התעופה האזרחית.
• חיוב מפעילי המטוסים לשלם עבור עלות שאיבת פחמן דו חמצן מהאטמוספרה.
• שימוש בדלקים מופחתי פליטות נטו.

צמצום התעופה האזרחית אולי לא תהיה פופולרית, אך בהעדר אופציות זמינות טובות אחרות לצמצם הפליטות מתעופה, נראה שצמצום התעופה צריך להיות חלק מחבילה שתיושם לטובת צמצום הפליטות בכלל. אציין בקשר לזה שהיקף התעופה האזרחית בכל מקרה משתנה מאד משנה לשנה.  משתמע מכך שלרוב הנוסעים הנסיעות אינן חיוניות. לכן הסברה ממוקדת על הצורך לצמצם פליטות עשוי להועיל.

שימוש בדלקים מופחתי פליטות נטו , נכון לעכשיו מהווה מסלול אפשרי לצמצם פליטות ומיושם כבר בקטן . רוב ההצעות לדלקים מופחתי פליטות רחוקים מלהיות אידיאלים. אפשר לייצר קרוסין , הדלק המצוי למטוסים ממגוון חומרים ביולוגים. אך עם ייצור חומרים ביולוגים אלו יביא להרחבת שטחי חקלאות על חשבון יערות ברחבי העולם, יש מצב שהנזק האקלימי יהיה גדול יותר מהתועלת.

מסלול אפשרי  לצמצם פליטות גזי חממה מתעופה בעשורים הקרובים, בלי להחליף את צי המטוסים,   עוברת דרך:

1. ייצור מימן מאנרגיה מתחדשת.
2. ספיגת פחמן מהאטמוספרה.
3. שימוש במימן ובפחמן  לייצר פחמימנים ( Fischer-Tropsch Synthesis ).
4. שימוש בתהליך זיקוק לייצר קרוסין לתעופה.

כל זה יקרה רק יש תמריצים כלכליים לצמצם פליטות נטו,  וגם ייצור מימן ירוק בכמות מספקת.

לצורך חישוב כמויות אנרגיה סולארית שיידרשו לכך, וכתוצאה מכך היקף פריסה של פאנלים סולאריים שיידרשו אני מתבסס על האפשרות הזאת להלן. תהליך זה בצפי כעת לא יהיה יעיל במיוחד.

בהתאם לנתונים מהלמ"ס דו"ח צריכת מוצרי דלק בשנת 2023 , צריכת הקרוסין (kerosene) לתעופה אזרחית עמד על 932,000 טון.  המשמעות שתעופה אזרחית לבד היה אחראי לכ ארבע וחצי אחוז של הפליטות של גזי חממה בשנה זו.

כמה חישובים. בשנת 2023 כל אזרח בממוצע "צרך" 93 קילו של קרוסין. מבחינה אנרגטית מדובר 1,113   קווט"ש  לכל אזרח. אם נניח יעילות לתהליך הזה של 30% בהפיכת אנרגיה נטו לקרוסין המשמעות שיהיה צורך לייצר עוד כ 4,000 קווט"ש לכל אזרח לאפשר תעופה ברמה נוכחית. במונחים של שטח מדובר על תוספת של כ 14 מטר סולארי לבן אדם לטובת תעופה. יש מידה רבה של חוסר וודאות בנתון הזה. הכל טיאורטי מדי לתת מספרים מבוססים.

הובלה ימית – אוניות

אוניות צורכות מזוט כבד. מזוט כבד זה סוג דלק מזהם גם ביחס לשאר הדלקים. משתמשים בזה באוניות היות שיש בפועל פחות הקפדה על מניעת זיהום בים מאשר ביבשה. הזיהום פחות מורגש לבני אדם.

מבחינה אקלימית פליטות של גזי חממה בים  מזיק לא פחות מאשר פליטות של גזי חממה ביבשה.

לפי הנתונים מהלמ"ס דו"ח צריכת מוצרי דלק בשנת 2024 , צריכת מזוט כבד  לאוניות  עמד על 446,000 טון.  המשמעות שדלק לאוניות היה אחראי לכשני אחוז של הפליטות של גזי חממה בשנה זו.

כמה חישובים. בשנת 2023 כל אזרח בממוצע "צרך" 44 קילו של מזוט כבד לצורך הובלה ימית . מבחינה אנרגטית מדובר 532   קווט"ש  לכל אזרח. אם נניח יעילות לתהליך הזה של 50%  בהפיכת אנרגיה נטו למימן המשמעות שיהיה צורך לייצר עוד כ 1,060  קווט"ש לכל אזרח לאפשר הובלה ימית ברמה הנוכחית.

במונחים של שטח מדובר על תוספת של כ 4 מטר סולארי לבן אדם לטובת תובלה ימית.

תעשיה ובניה

היום שורפים דלקים לצורך אנרגיה בתעשיה ובתהליכי בנייה.  היקף פליטות גזי חממה מהתעשיה והליכי בניה הגיע בשנת 2024 לקרוב  לשש מיליון טון פחמן דו חמצן. יש מידה מסוימת של אי וודאות כמה אנרגיה מתחדשת תידרש בכדי להחליף השריפה המזהמת. אך השוואה לתעשיות אנרגיה שהעיקרי בהן זה חשמל יכול לתת אינדיקציה גסה. הפליטות משריפת דלקים לטובת תעשיה ובניה הם בערך 17% מהפליטות משריפת דלקים לטובת תעשיות אנרגיה. משתמע מכך שתוספת של כ 20% לאנרגיה מתחדשת לצורך חשמל יכול לתת מענה לצרכיה האנרגיה לטובת התעשיה.  במונחים של צריכת חשמל לנפש מדובר על תוספת של כ 1,300 קווט"ש לשנה. במונחים של שטח נוסף נדרש לאנרגיה סולארית מדובר על תוספת של חמש מטר.

ההערכה לתעשיה מן הסתם לא מדויק במיוחד. לא ידוע לי על עבודה מסודרת שנעשה על המשמעות של מעבר תעשיה לאנרגיה לא מזהמת. בכל מקרה המספרים הנ"ל יספיקו לתת הערכה בערבון מוגבל של שטח נדרש.

שטח נדרש לבן אדם לכל צורכי האנרגיה.

אם נחבר המספרים למעלה ונעשיה חישוב של שטח נדרש לבן אדם לכל צרכי האנרגיה , יצא לנו טבלא כלהן:

 

 

 

To be continued

 

יעקב גלאוזיוס

[1]  מודל ביקושים לרכב חשמלי.  משרד האנרגיה והתשתיות.  https://www.gov.il/he/pages/ev-120923