Skip to main content
header

הרשת החכמה - מאמרים

מאמר מאת דר' אמיר בן שלום

הרשת החכמה (SMART GRID) נועדה לייעל את השימוש ברשת החשמל.

תזכורות – הזרם החשמלי (או האנרגיה החשמלית) משמש כ"מתווך אנרגטי" המעביר את אנרגיה מהמקור (תחנות הכח למשל) לצרכנים. מקור האנרגיה אינו הזרם החשמלי עצמו אלא האנרגיה הכימית שבדלק, האנרגיה הגרעינית שבמוטות האורניום, האור הפוגע בתאי הסולאריים, מפלי המים, הרוח וכולי.

היתרונות בשימוש בחשמל כמתווך/מעביר אנרגיה הוא באפשרות להעבירו ביעילות, במהירות ובקלות (על גבי מוליכים דקים יחסית) למרחקים גדולים ולהמירו מחדש לאנרגיה הרצויה (חום, תנועה מכנית, אור.)

אך החיסרון באנרגיה החשמלית הוא שקשה מאד לאגור אותה באופן יעיל. בפרט כשמדובר בכמויות אנרגיה גדולות בקנה מידה ארצי. הדרך המקובלת לאגור אנרגיה חשמלית היא בסוללות נטענות אך אלו כבדות, יקרות, בעלות אורך חיים קצר יחסית, מכילות חומרים רעילים (ולכן יוצרות בעיה של פינוי/השמדה) ודורשות המרה של מתח החילופין של הרשת למתח ישר (ובחזרה). המשמעות של חוסר האפשרות לאגור אנרגיה חשמלית היא שעל רשת החשמל לספק בכל רגע ורגע בדיוק את כמות החשמל הנדרשת על ידי הצרכנים.

כאשר מקורות האנרגיה הן תחנות כוח הפועלות על דלקים – ניתן לווסת את קצב שרפת הדלק ו"ייצור" החשמל. אך אם רוצים (ורוצים כמובן) להשתמש במקורות אנרגיה מתחדשים/ירוקים כדוגמת תאים סולאריים, רוח, תנועת גלי ים וכולי – נוצרת בעיה אמיתית. מקורות אנרגיה אלו יכולים לספק חשמל רק בתקופות מוגדרות (שאים סולאריים בזמן שיש שמש, טורבינות רוח בזמם רוחות וכולי) שאינן תואמות את זמני הצריכה.

בנוסף, מקורות אנרגיה מתחדשים אלו צרכים להיות ממוקמים בהתאם לתנאי האקלים ולטופוגרפיה שאינם תואמים בהכרח את ריכוזי האוכלוסייה והאזורים בהם נדרש חשמל (תאים סולאריים בנגב, טורבינות רוח בגולן וריכוזי אוכלוסייה במרכז הארץ.).

בנוסף, קיימת בעיה בסיסית הקשורה למשטר צריכת החשמל. על רשת החשמל לעמוד בצריכת השיא, כלומר כל המערכות (מוליכים, שנאים, אמצעי מיתוג.) צריכות להיות מסוגלות להזרים את הזרם המרבי הנדרש עבור כל הצרכנים. גם אם זרם זה נדרש רק לתקופות קצרות ביותר (שיא הקיץ/חורף כאשר בכל הבתים מפעילים מזגנים/תנורים). מצד שני, אם פרט לרגעי שיא אלו צריכת החשמל נמוכה בהרבה – רשת החשמל אינה מנוצלת במשך רוב הזמן בו היא פועלת. המשמעות היא שיש צורך להתקין רשת חשמל יקרה שאינה מנוצלת במלואה ולכן קשה להחזיר את ההשקעה הכספית בה. זו הסיבה לכך שחברת החשמל מנסה "ליישר את הקו" (להוריד את הצריכה השיאית ולקרב אותה לצריכה הממוצעת) הן על ידי הסברה לצרכנים והן על ידי מבנה תעריפים התלוי בימי ושעות השימוש (תעריף זרם – "תעוז").

רשת חשמל החכמה כוללת בתוכה מערכות המאפשרות לשלב מספר רב של מקורות אנרגיה, לנתב את הזרם החשמלי בצורה יעילה מכל נקודה לכל נקודה. כך שכל הצרכנים יקבלו בדיוק את כמות החשמל הדרושה להם ואילו מקורות האנרגיה ינוצלו בצורה היעילה והכלכלית ביותר תוך שמירה ככל האפשר על אמינות פעולת הרשת וצמצום הסיכוי לכשל.

מערכות אלו כוללות מוני חשמל דו כיוונים המאפשרים לצרכנים (שיש להם אפשרות כדוגמת בעלי תאים סולאריים) לספק אנרגיה לרשת, מערכות בקרה וניתוב חכמות המאפשרות למשל חיבור בין כמה רשתות ליצירת רשת גדולה (אשר לרוב יעילה יותר), מערכות המתריעות בפני סכנת כשל או תקלה ועוד.

כיום, עם המגמה לעבור יותר ויותר לשימוש במקורות אנרגיה מתחדשים, מושקעים מאמצים רבים בפיתוח ושיפור רשתות חשמל חכמות. מאמצים אלו כוללים מחקרים מדעים בתחומים רבים (מודלים מתמטיים מתורת הרשתות, אלגוריתמיים לאופטימיזציה, קודי ופרוטוקולי תקשורת אמינים.) יחד עם פיתוחים הנדסיים (מכשירי מדידה ובקרה, מוליכים, ממירים, רכיבי מיתוג.)

מאמר מאת חברת החשמל לישראל

הביטוי העברי "רשת חכמה" הוא אפילו מוצלח יותר מהביטוי האנגלי המקביל לו: Smart Grid. באנגלית קיימת הבחנה בין Grid: רשת החשמל, לבין Net: רשת האינטרנט, או רשתות מיחשוב. המונח רשת חכמה, מדבר בדיוק על השילוב בין השניים.

הרשת החכמה היא טרנד עולמי שכובש, די מהר, את משק האנרגיה העולמי. משק האנרגיה, בניגוד לעולמות הטלפוניה, התעופה או המחשבים למשל, לא השתנה כמעט במאה השנים האחרונות.

כאן נכנסת לתמונה הרשת החכמה, גישה שמנסה לחולל את המהפכה בעולם האנרגיה ולהפוך את כל חלקיה של רשת החשמל - החל ממכשירי החשמל בבית הלקוח, ועד לתחנת הכוח - לרשת אחת, אינטראקטיבית ומתוחכמת. לא פשוט להבין את זה. נפגשנו עם אשר דהן, העומד בראש ועדת ההיגוי של החברה לנושא זה, לקבל הסבר.

תארו לעצמכם, אומר לנו דהן, שבביתכם הפרטי יש צג אלקטרוני שמקבל שדרים מחיישנים בבית, מקבל מידע על תעריפי החשמל בשעות היום השונות וכד', ויודע לנהל ביעילות את צריכת החשמל הביתית. לא זו בלבד, אלא שבמקרה של מחסור בחשמל, יכולה חברת החשמל - על-פי הסכמים מוקדמים - לכבות בבתי הלקוחות הפרטיים מכשירים זוללי חשמל, שהפסקתם איננה פוגעת באורח החיים הסדיר (כגון מייבשי כביסה או מכונות כביסה), ובכך למנוע הפסקות חשמל במקומות בהם החשמל חיוני: מעליות, מכונות הנשמה והחייאה, וכדומה. מתקנים מיוחדים יאפשרו, אפילו, להשתמש בחשמל של הרכב החשמלי החונה בחצר הבית, לצורך אספקת חשמל לבית בשעות של מחסור בחשמל או הפסקת חשמל.

המגמות העתידיות במשק החשמל מצביעות על צריכה הולכת וגוברת, לצד הידלדלות מקורות האנרגיה מחד, והרצון לשמור על הסביבה ועל אוויר נקי - מאידך. הרשת החכמה מיועדת לסייע במתן מענה למצב זה.

אתגרי הרשת העתידית יהיו לפתח יכולת ניהול תיק פורטפוליו אנרגטי מגוון ומאוזן, ולנהל את הביקוש לצד ניהול יכולת הייצור באמצעות הרשת החכמה.

החשמל הכי נקי הוא זה שלא יוצר מעולם – כך אומרים היום, ומדינות בארה"ב נותנות תמריצים לחברות חשמל על כל קוט"ש שנחסך.

בסן פרנסיסקו, מספר דהן, הוקם מרכז מבקרים ענק, על-ידי חברות החשמל המונעות על-ידי תמריצים אלה, ובו ניתן לציבור ייעוץ חינם כיצד להתייעל בצריכת החשמל.

הרשת החכמה נענית אף היא לאתגר הזה, של חיסכון בחשמל, ייעול הצריכה והפחתת הצורך בבניית אמצעי ייצור חדשים ככל שניתן. לדברי דהן, המגמה היא לקחת את הרשת הקיימת ו"להלביש" עליה אמצעים של טלקומוניקציה ומיחשוב, חיישנים ותקשורת נתונים המיועדים לשפר את הגמישות, היעילות, האמינות והבטיחות של רשת החשמל.

נשמע מסובך? נכון, וגם יקר. מדברים על השקעה המתקרבת לכמיליארד $ ב-8 השנים הקרובות, אם רוצים לקדם את הנושא בישראל.

ובכל זאת, הנושא עומד במקום גבוה בסדרי העדיפויות של החברה, ומנכ"ל החברה מנה אותו בין יעדיו החשובים לשנה זו ולשנים הבאות. לשם כך, הוקמה ועדת היגוי בראשות אשר דהן, אשר הקים מינהלת לנושא בראשות ד"ר קובי יהב, ממחוז הדרום, וכבר החלה עבודת מטה להכנת התשתית הנדרשת להקמת רשת חכמה בחברת החשמל. "רתמנו לנושא גם את רשות החשמל ואת משרד התשתיות. ללא תמיכה ממשלתית, והכרה של הרשות בהוצאות המתחייבות, יהיה קשה לקדם את הנושא", מסביר דהן.

בשל העובדה שהנושא עדיין בתהליכי בדיקה וחקירה בכל רחבי העולם, אין מודל קיים שפועל בהצלחה, אותו ניתן להעתיק לישראל. מתברר אפילו כי מצבה של חברת החשמל טוב בהשוואה לעולם, לאור העובדה שיש לה כבר היום מערכות מתקדמות שיאפשרו הפעלה חלקה יותר של הרשת החכמה (ולמביני דבר, נמנה את השמות המקצועיים: CRM, DMS, NIS ועוד).

בין המטרות שהגדיר הצוות לפרוייקט: שילוב פעיל של הלקוחות בניהול משק החשמל, שילוב מקורות ייצור מתחדשים, פיתוח סל מוצרים שירותיים ושיווקיים חדשים, שיפור יעילות תפעולית ואנרגטית של משק החשמל, ואחרון – ואולי הכי חשוב: העלאת רמת אמינות ואיכות אספקת החשמל. כל זאת תוך הבטחת שרידות המערכת ועמידותה בפני מתקפות (קרי: אבטחת המידע).

אחת המטרות המרכזיות של הרשת החכמה היא "לשטח את עקום הצריכה" – דהיינו, להימנע משיאים של צריכה המחייבים בניית תחנות כוח חדשות. יש להבין, שמערכת החשמל מתוכננת כך שתוכל לספק חשמל בשיא הצריכה. ישנן יחידות ייצור המופעלות אחת לחודש/ חודשיים/ חצי שנה, רק ברגעי שיא, בעוד הצריכה הממוצעת היא נמוכה בהרבה. לכן שיטוח עקום הצריכה, משמעו פחות תחנות כוח.

בניתוח צריכה של הלקוחות הביתיים בישראל נמצא כי 30% מהצריכה היא של לקוחות ביתיים. בשיא העומס, אחוזים אלה עשויים לתרום תרומה משמעותית ל"יישור הקו". שימוש בכלי ניהול עומס אוטומטיים עשוי להביא לחיסכון ממוצע של כ-10% מצריכת החשמל בשעות השיא.

דהן מונה מעט מן השיפורים שהרשת החכמה תאפשר בהיבט השירות ללקוח. נוכל, לדוגמה, לדעת על הפסקות חשמל פר לקוח, ולא רק פר רחוב או איזור מסוים. הלקוח שיתקשר, יזוהה מייד במערכת, והמוקדן יקבל מיידית תמונה על הצריכה הביתית שלו.

כך גם במערכת המנייה: נוכל לראות את המונה של הצרכן בכל רגע, ולא רק במדידות תקופתיות.

נוכל לתת תמריצים ללקוחות על הפעלת מכשירים בלילה, באמצעות שלט רחוק: הלקוח יוכל לשבת בתיאטרון ולהפעיל משם את מכונת הכביסה בשלט רחוק, לדוגמה. והרעיונות עוד רבים, כיד הדמיון הטובה של מפתחי הרשת.

נכון להיום, קיימת הירתמות של רשות החשמל לנושא, אומר דהן, ועלינו לקבל החלטות אופרטיביות מול הרשות, בשיתוף משרד התשתיות הלאומיות.

בכוונתנו לבצע "פיילוט" ביישוב המונה כ-2,000 עד 2,500 לקוחות (צרכנים), ולהפוך אותו ל"יישוב חכם" בעזרת רשת חכמה. מרכז הבקרה יוקם באחד מהמשרדים האזוריים של החברה, או באתר חפציבה, וישמש גם מודל להדגמה בו נלמד על התועלות של המערכת, העלויות הצפויות, ונוכל לשכנע את מקבלי ההחלטות במדינה לתמוך בפרוייקט.

 

  חזרה לדף הראשי של "נגד הזרם"

לקריאה נוספת

 פורטל אופק ירוק העוסק באנרגיה ירוקה/מתחדשת

ובפרט מאמרו של פרופסור גדי גולן על רשת חכמה.
 

 

נוצר בתאריך: 31/03/11
עודכן בתאריך: 10/11/11