טורבינת רוח

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

טורבינת רוח היא מדחף המשמש להמרה של אנרגיית רוח לאנרגיה חשמלית. זוהי גרסה מודרנית של טחנות הרוח ששימשו לטחינה של חיטה לקמח.

בישראל פועלות טורבינות רוח ברכס חזקה שברמת הגולן ליד היישוב אלוני הבשן, ובגלבוע ליד היישוב מעלה גלבוע. מתוכננת בניה של חוות טורבינות ברמת סירין בגליל.

במדינות סקנדינביה השימוש בטורבינות רוח נפוץ ביותר. דנמרק היא אחת החלוצות בהקמת טורבינות רוח, ובשנת 2004 כ-20 אחוז מהחשמל במדינה זו יוצר באמצעות טורבינות רוח.

נצילות הטורבינה הוא היחס המבוטא באחוזים בין כמות האנרגיה הקינטית של הרוח שהייתה עוברת ביחידת זמן דרך שטח חתך הפעולה של המדחף ("שטח הדיסק") בהעדר 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 איננה 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 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.

הנסיון מראה כי נצילותן של טורבינות ציר אנכי גבוהה מזו של טורבינות ציר אופקי, אך השימוש בהן רווח פחות, מסיבות של עלויות תכנון והקמה.

תוכן עניינים 1 הפקת חשמל באמצעות טורבינות רוח 2 גידול השימוש בטורבינות רוח ליצור חשמל בשנים האחרונות 3 יתרונות וחסרונות בהפקת חשמל מאנרגית הרוח 3.1 יתרונות 3.2 חסרונות 3.3 שיקולים נוספים 4 קישורים חיצוניים

[עריכה] הפקת חשמל באמצעות טורבינות רוח

הפקת חשמל מאנרגיית רוח היא הדרך הזולה ביותר, 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 לשניה, 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 לשניה, 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.

[עריכה] גידול השימוש בטורבינות רוח ליצור חשמל בשנים האחרונות

• 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 2,000 מיליון דולר.
• בשנת 1999ייצרו 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.

[עריכה] יתרונות וחסרונות בהפקת חשמל מאנרגית הרוח

[עריכה] יתרונות

עלות הפקת חשמל נמוכה, עקב הניצול של אנרגייה זמינה חינמית. רוח איננה 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 יכולה להיות מאוד כדאית, כי התהליך ייצור החשמל והתפעול השוטף זולים. עקב פשטות המערכת כמות התקלות היחסית בה נמוכה ואיננה תורמת משמעותית לעלות התחזוקה השוטפת.

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

[עריכה] חסרונות

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 שיוצרות להבי טורבינות הרוח, הפגיעה בנוף והנזק לבעלי חיים. 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.
2. השפעת טורבינות הרוח על בעלי כנף נחקרה במדינות המנצלות אנרגיה של הרוח. הנושא החשוב ביותר היה התנגשויות של ציפורים 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.
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 לויכוח: 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 מאנרגית 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.

[עריכה] שיקולים נוספים

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 אנרגית 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.

[עריכה] קישורים חיצוניים

• טורבינת רוח עשה זאת בעצמך באתר של חנן לוי
• חברת החשמל מקימה חוות טורבינות רוח ברמת סירין בגליל, באתר YNET
• תוכנית לשימוש בטורבינות רוח בישראל לשם הפקת אנרגיה חשמלית, באתר של ד"ר משה הירש, מרכז ורפרנט במשרד האנרגיה והתשתית של התוכנית הלאומית לניצול אנרגית הרוח בישראל בשנות ה-80.