עמוד הבית > טכנולוגיה ומוצרים > אנרגיה
ירוק כחול לבן : ביטאון פורום המשק והכלכלה למען איכות הסביבה



תקציר
המאמר מתאר את עקרון הפעולה ואת היתרונות והחסרונות של טורבינות הגז לייצור חשמל.



נותנים גז, מייצרים חשמל
מחברת: מירי אשל


היכולת המותקנת של טורבינות הגז מהווה כיום כ- 30% מהיכולת הארצית הכללית, אך הן מייצרות רק כ- 4% מצריכת החשמל. מעבר לגיבוי שהן נותנות לתחנות-הכוח הקיטוריות, יש להן לא מעט יתרונות סביבתיים.

מי שמחפש את גבעות התורמוסים שליד צומת אליקים, בכביש המוביל מיוקנעם לזיכרון יעקב, בוודאי יבחין בימין הדרך גם במיתקן טורבינות הגז שבאתר 'חגית' של חברת החשמל.

מראות דומים קיימים ב-15 אתרים נוספים ברחבי הארץ. אלו הן תחנות-כוח קטנות יותר, וארובותיהן צנועות יותר בהשוואה לאחיותיהן הענקיות, תחנות-הכוח הקיטוריות הפרוסות לאורך החוף.

אמנון ביבי, מנהל יחידת תחנות-כוח טורבינות גז בחברת החשמל, ואלנה סוקולינסקי, מהנדסת כימיה ואיכות הסביבה ביחידה, הסבירו לכתבת "ירוק כחול לבן" כיצד פועלות טורבינות הגז, והרחיבו על חלקן במערך ייצור החשמל ועל יתרונותיהן הסביבתיים.

הצרכן הישראלי אינו מודע למכלול הפרטים של ייצור החשמל. לעומת זאת, רבים מאתנו מודעים למחירו הכלכלי והסביבתי. שני מדדים אלה נקבעים בעיקר על-ידי שיטת ייצור החשמל, סוג הדלק המשמש להפעלת הטורבינות השונות וכן הטכנולוגיות והאמצעים הננקטים להקטנת המפגעים הסביבתיים. המאפיינים השונים של סוגי הטורבינות, הם שקובעים איזו תחנת-כוח להקים והיכן, ומתי להכניסן לפעולה.

בישראל, כ-96% מכלל האנרגיה החשמלית מיוצרת בתחנות-כוח קיטוריות. תהליך הייצור הוא כלהלן: בדוודי ענק מחממים מים ליצירת קיטור, אשר מסובב טורבינה. זו מפעילה גנרטור לייצור חשמל, אשר מועבר במערכות הולכה והשנאה אל הצרכנים. תחנות אלו זקוקות למערכת קירור יעילה של הקיטור, והשימוש במי ים למטרה זו מכתיב את הקמתן בקרבת החוף.

שאר האנרגיה החשמלית מיוצרת על-ידי טורבינות הגז, המהוות את הקוו המזרחי, פנים ארצי, של מערך תחנות הכוח בישראל. טורבינות אלה שונות מהקיטוריות בטכנולוגיה, בעלות, בנצילות, ובהשפעה על הסביבה. פעולת טורבינת הגז מבוססת על שימוש בגזי שריפה דחוסים לסיבוב כנפי הטורבינה. (עיקרון השימוש בגזי בעירה ליצירת תנועה סיבובית זוהה לראשונה לפני מאות שנים, על-ידי ליאונרדו דה-וינצ'י).

אגב, אין במונח טורבינת גז כל התייחסות לסוג הדלק המשמש לבעירה. זה יכול להיות דלק נוזלי (סולר או מזוט), או דלק גזי (גז הבישול המוכר או גז טבעי).




 

חשמל תוך 14 דקות


בעת פעולת טורבינת הגז, האוויר הנשאב מהאטמוספרה למיתקן עובר סינון ודחיסה המביאים אותו לטמפרטורה של 350 מעלות צלזיוס וללחץ של 14 אטמוספרות. האוויר החם והדחוס מועבר לתא השריפה שלתוכו מוזרק בצורה מבוקרת גם דלק (כיום משתמשים בסולר). התערובת ניצתת ונוצרים גזי שריפה בטמפרטורה של כ-1300 מעלות צלזיוס.

גזי השריפה עוברים מתא השריפה לטורבינה, ובמעברם דרך כפותיה - מסובבים אותה. הטורבינה המסתובבת מפעילה את הגנרטור לייצור חשמל. לאחר המעבר יורדת טמפרטורת הגזים לכ-550 מעלות צלזיוס, והם נפלטים בארובה.

לטורבינת הגז מספר יתרונות בהשוואה לטורבינת הקיטור:

  • הקמה מהירה: תוך פחות משנתיים מתחילת העבודות בשטח, תוכל תחנת-הכוח החדשה לייצר חשמל.

  • טורבינת הגז 'זוללת' פחות קרקע מאחיותיה הקיטוריות.

  • עלויות הקמה נמוכות יותר.

  • זמן תגובה מהיר: טורבינת גז לא פעילה יכולה להתחיל לספק חשמל תוך 14-6 דקות, מה שמאפשר גמישות תפעולית.

  • התהליך אינו כולל שלב קירור, ולכן אין הכרח להקימה על שפת הים.

  • הטורבינה כמעט ואינה ניכרת לעין בתבנית הנוף, והשפעתה על הסביבה מועטה יחסית.

  • התפעול מתבצע בעזרת צוות עובדים מצומצם.




לצד היתרונות ישנס גם מספר חסרונות:

  • הנצילות (דהיינו, כמות יחידות החשמל הנוצרות ליחידת דלק נשרף), נמוכה יחסית לתחנת-כוח קיטורית.

  • עלות הפקת יחידת חשמל בטורבינת גז הינה יקרה הרבה יותר מאשר בתחנות הכוח הפחמיות, בשל עלויות חומר הגלם לבעירה.



 

גמישות תפעולית


מערכת החשמל בישראל, מתפקדת כ"אי חשמלי", משום שאיננה מחוברת למערכות חשמל בארצות שכנות, ואין לה גיבוי חיצוני בעת צריכת שיא או תקלה. לכן עליה להיות בנויה כך שכושר הייצור הכולל והזמין, יוכל לתת מענה לכל רמת צריכה, תוך שמירת גמישות תפעולית, שפרושה, יכולת הדממה וגיוס מהיר של יחידות ייצור בהתאם לביקוש לחשמל.

גמישות זו מושגת על ידי הפעלת טורבינות גז ב-16 אתרים הפזורים ברחבי הארץ. רובם בפנים הארץ, ומיעוטם צמודים לתחנות-הכוח הקיטוריות לאורך החופים. כושר הייצור הכולל שלהן מגיע ל-2650 מגאוואט, המהווים 30% מכושר הייצור הכללי של חברת החשמל.

הספקן של טורבינות הגז נע בין 40 מגאוואט ליחידה (טורבינות גז 'סילוניות'), ועד ל-150 מגאוואט ליחידה (טורבינות גז 'תעשייתיות').

באתר ברמת חובב מותקנת מערכת "מעגל משולב", ובה פועלות טורבינות גז וטורבינות קיטור במעגל אנרגיה משותף (ראה ירוק כחול לבן גיליון 20). במערכת זו, הגזים הנפלטים לאחר הפעלת טורבינת הגז, משמשים לחימום מים ולייצור קיטור המפעיל טורבינה נוספת (קיטורית). טכנולוגיית "המעגל המשולב" מאפשרת להגיע לרמות הגבוהות ביותר של נצילות יחידות הייצור.

כאמור, ייצור החשמל במדינת ישראל נעשה בעיקר על-ידי תחנות הכוח הקיטוריות. כשהביקוש לחשמל עולה, נכנסות לפעולה גם טורבינות הגז, למרות שעלות החשמל שהן מייצרות גבוהה יותר.





 

יתרונות סביבתיים


לטורבינות הגז, מעצם דרך פעולתן, ישנם מספר יתרונות סביבתיים. כמו כן, מתקנים ומערכות בקרה מיוחדים שהורכבו בהן - מפחיתים עוד יותר וממזערים את הפגיעה בסביבה.



 

פליטות גזים


גזי הפליטה הנפלטים לאוויר מארובות תחנות הכוח מכילים:

  • חנקן, שמהווה 80% מהאוויר ואינו משתתף בתהליך שרפת הדלק.

  • פחמן דו חמצני (CO2) ואדי מים (H2O), שהם תוצרי השריפה של דלק פחמימני טהור. כידוע, הפחמן הדו-חמצני הנו גז חממה.

  • פחמן חד-חמצני (CO), שהוא תוצר של שריפה בלתי מוגמרת, גורם להפרעות בנשימה.

  • תחמוצות חנקן שונות (NOx), הנוצרות בעיקר מתגובה כימית בין החמצן לחנקן, וריכוזן תלוי בטמפרטורת הבעירה ובמשך שהיית החמצן והחנקן החמים בכפיפה אחת.


מקור נוסף לתחמוצות החנקן הוא הדלק, שתמיד נלוות אליו גם תרכובות המכילות חנקן. שרפתן גם היא תייצר תחמוצות חנקן שייפלטו מהארובה.

ניתן להקטין את ריכוז תחמוצות החנקן הנוצרות, על-ידי הנמכה מבוקרת של הטמפרטורה בתא השריפה. בטורבינות גז משתמשים להשגת מטרה זו בשתי שיטות, הכרוכות בהשקעה כספית נוספת ניכרת:

השיטה היבשה:
התקנת מבערים מיוחדים בתאי השריפה, הפועלים על עקרון של הפרדת תהליך השריפה לשני שלבים כך שחלק הארי של תערובת דלק/ אוויר, יוצת בשלב מאוחר יותר וקרוב מאוד לטורבינה, ובלא שתפגע הנצילות. חסרונה של שיטה זו הנה במורכבותה הטכנולוגית ובעלותה הגבוהה.

השיטה הרטובה:
הזרקת מים או קיטור למבערים בזמן השריפה, וערבובם עם גזי השריפה העוברים דרך הטורבינה ונפלטים מארובה. הקיטור מקרר את גזי השריפה וכך מקטין את התרכבות החמצן והחנקן. חסרונה של שיטה זו הנו בכמות המים הגדולה הנדרשת להזרקה.

חברת החשמל השקיעה עשרות מיליוני דולרים בהתקנת מערכות להפחתת ריכוז תחמוצות החנקן ב"שיטה היבשה" בטורבינות הגז "התעשייתיות הגדולות". מערכות כאלה לשרפת דלק נוזלי (סולר) הנן ייחודיות מאוד ומעטות כמותן מורכבות בעולם. בבדיקות שנערכו עם הפעלתן, כמו גם מנתונים שוטפים המתקבלים מתחנות הניטור הפזורות סביב האתרים, הוכח כי ריכוז תחמוצות החנקן הנמדדות באזור, נמוך בהרבה מהתקנים הסביבתיים. כמו כן, הותקנו מערכות להזרקת מים ב"שיטה הרטובה" בטורבינות הגז "התעשייתיות הקטנות", הנדרשות להפעלה בשעות עבודה מועטות יחסית.

יתרונות הפעלת טורבינות הגז בסולר, שהוא דלק קל, אם גם יקר יותר, נובעים מכך שתכולת הגופרית בו אינה עולה על 0.4%, ואינו מכיל מקטעים 'כבדים' כמו אספלטנים. מסיבות אלו, ריכוז תתמוצות הגופרית (SOx) הנפלטים, נמוך מהרף הנדרש בתקנות, וכן אין יצירת פיח וחלקיקים.

סביב אתרי טורבינות הגז חברת החשמל מקימה תחנות ניטור לבדיקת ריכוזי גופרית דו-חמצנית (SO2) תחמוצות חנקן ו-(NOx), אוזון (O3). נתוני הניטור הנם זמינים לידיעת הציבור.



 

תשטיפים ושפכים


מכלי הדלק להפעלת הטורבינות והמיתקנים, מותקנים כמאצרות שנפחם עולה ב- 10% על נפח המכל שבתוכן, כך שבמקרה של דליפה, תוכל המאצרה לקלוט את כל הדלק שבמיכל.

בנוסף, כל הנגר העילי המתנקז מאזורים בעלי פוטנציאל זיהום על-ידי שמנים ודלקים, מועבר למתקן מפריד שמן. לאחריו, המים המטוהרים מוזרמים אל מחוץ לאתר ואילו השמנים/דלקים המופרדים מוחזרים אל מיכל האיסוף. כל השפכים התעשייתיים נאספים במיכל אגירה, ומופנים לאתרי אחסון פסולת מאושרים.



 

רעש


פעילותה של טורבינת הגז כמו כל ציוד סובב אחר, גורמת לרעש. על-מנת להקטין את 'זיהום הרעש', כוסו החלקים הבעייתיים באמצעי השתקה. כתוצאה מכך, מפלס הרעש הנובע מפעולת הטורבינות נמוך מהרמה המותרת בשעות היום והלילה, ("הרמה המותרת" נקבעה בתקנות למניעת מפגעים סביבתיים כרעש בלתי סביר
שעוצמתו הוגדרה ברמות דציבלים).



 

שימור הנוף


בהשוואה לתחנות-הכוח הקיטוריות, טורבינות הגז פרוסות על שטחי קרקע קטנים יחסית. בתכנון המוקדם מושם דגש על השתלבות מרבית שלהן בנוף. לאחר השלמת ההקמה, מטופלים שטחי האתר וסביבתו בגינון מתאים.



אל האסופה ישראל - האדם והמרחב : נושאים נבחרים בגיאוגרפיה3

ביבליוגרפיה:
כותר: נותנים גז, מייצרים חשמל
מחברת: אשל, מירי
תאריך: אפריל-מאי 2000 , גליון 31
שם כתב העת: ירוק כחול לבן : ביטאון פורום המשק והכלכלה למען איכות הסביבה
הוצאה לאור: ביטאון פורום המשק והכלכלה למען איכות הסביבה בישראל
הספרייה הוירטואלית מטח - המרכז לטכנולוגיה חינוכית