תיאור העבודה

1. האילוצים בבנייתסל דלקים עתידי למערכת החשמל בישראלכנס מהנדסי החשמלאילתכסלו התשע"גנובמבר 2012 Dr. Shlomo Wald

2. תיאור העבודה • המטרה – איתור פערים עתידים במקורות אנרגיה (להלן תוצג בדיקה חלקית ללא מבחני רגישות) • השיטה – ניתוח על בסיס אנרגיה (ולא הספק) • הארכת מינימום לביקוש העתידי ממערכת החשמל • הארכת מקסימום פוטנציאל הניצול של המשאבים הידועים • אם יש פער בין השניים – אזי מה האופציות הסבירות לסוגרו

3. הערכת תחזית הביקוש במשק החשמל עד שנת 2060 • היקף הביקוש לחשמל בשנת 2012 – 59 TWh/year • הנחה: שיעור גידול הביקוש השנתי הממוצע לחשמל – 2.5%: • שיעור הגידול השנתי בביקוש לחשמל עד שנת 2010 היה – 3.25% • צמצום שיעור הגידול השנתי לאור התייעלות אנרגטית: משנת 2010 – תכנית ההתייעלות האנרגטית של משרד האנרגיה והמים. צמצום 20% מהצריכה הצפויה בשנת 2020 (החלטת ממשלה מס. 3954) • הרחבתשיעור הגידול השנתי בביקוש לחשמל עקב: • עלייה ברמת החיים ומעבר המשק ממוטה עבודה למוטה הון. • הרחבת השימוש בחשמל כתחליף דלקים לתחבורה (חשמול רכבות, רכב חשמלי) • קיום חסם עליון להתייעלות אנרגטית עקב מגבלות טכנולוגיות • שינויי אקלים • לכן, הוערכה ההתייעלות המשוקללת בכ-25%  גידול שנתי בביקוש לחשמל של כ-2.5%, במקום כ-3.25%טרום התייעלות

4. בחינת חסמי היצע לטכנולוגיות ייצור חשמל שונות • נדון במקורות האנרגיה הבאים: • אנרגיות מתחדשות: • אנרגיה סולארית • אנרגיית רוח • ביוגזוביומאסה • אנרגיה גיאותרמית • אנרגיה הידרואלקטרית • גז טבעי • פחם • פצלי שמן

5. אנרגיה סולארית(ללא הבחנה בין אנרגיה תרמו-סולארית לפוטוולטאית) • הערכת היקף שטח פנוי (קמ"ר) לייצור חשמל מאנרגיה סולארית • סה"כ קרקעות פוטנציאליות המוערכות כיום לייצור חשמל באמצעות אנרגיה סולארית בטכנולוגיות השונות – 350 קמ"ר • אומדן ארוך טווח עבור שנות התחזית – הנחת גידול של 50%בהיקף הקרקעות הפנויות, שתהיינה מתאימות לייצור באמצעות אנרגיה סולארית. ז"א –525 קמ"ר • ייתכן ומדובר בהערכת יתר – עקב תהליכי אורבניזציה של הנגב, פינוי מחנות צה"ל ממרכז הארץ והעברתם לדרום, התרחבות הפזורה הבדואית, הגברת המודעות למשמעויות סביבתיות ועוד... • החסם העליון של הייצור באמצעות אנרגיה סולארית יוערך ע"י: • היקף שטח פנוי (קמ"ר), הניתן לייצור חשמל באמצעות אנרגיה סולארית • היקף ייצור חשמל ל- 1 קמ"ר, בטכנולוגיות הקיימות והעתידיות

6. חסם היצע עליון – אנרגיה סולארית - המשך(ללא הבחנה בין אנרגיה תרמו-סולארית לפוטוולטאית) • הערכת היקף ייצור חשמל בפועל (אנרגיה) • Capacity Factor– הממוצעשל טכנולוגיות סולאריות עומד על 20% Capacity Factor= היחס בין כמות האנרגיה המיוצרת בפועל לבין כמות האנרגיה המקסימאלית שהמתקן מסוגל לייצר אילו עבד 8,760 שעות בשנה ללא הפסק. • Capacity Credit– הממוצע של טכנולוגיות סולאריות הוא 78% Capacity Credit= היחס מתוך ההספק המותקן, שניתן להסתמך עליו בתכנון מערך ייצור החשמל, מבלי לפגוע באמינות מערכת הייצור יכולת הייצור המקסימאלית: X (Capacity Factor)(Capacity Credit)= 15.5% • הערכת היקף ייצור חשמל (הספק מותקן) ל- 1 קמ"ר • היקף הספק מותקן כיום ל- 1 קמ"ר – כ- 40MW/km2(ב- BAT) • לשם ביצוע אומדן ארוך טווח עבור שנות התחזית – הנחת גידול של 75%בהיקף ההספק המותקן עבור יחידת שטח70MW/km2 • האם ההערכה הינה בחסר או ביתר? – תלוי בהתפתחות טכנולוגית

7. חסם היצע עליון – אנרגיה סולארית - המשך(ללא הבחנה בין אנרגיה תרמו-סולארית לפוטוולטאית) • הערכת מספר שעות ייצור שנתיות = 9,760X15.5%= 1,350שעות • אומדן ארוך טווח עבור שנות התחזית – הנחת גידול של 50%בהיקף שעות הייצור השנתיות מאנרגיה סולארית 2,025שעות • הנחה לקצב התקנה אגרסיבי = כ- 750 MW/yearאנרגיה סולארית בממוצע בשנה, לשם מימוש מלוא הפוטנציאל (של כ- 37GW), לאורך שנות התחזית החסם העליון לייצור באמצעות אנרגיה סולארית: 70MW/km2x525km2x2,025hours/year75 TWh/year

8. אנרגיית רוח • סך פוטנציאל היקף הספק מותקן באמצעות אנרגיית רוח - • סה"כ הספק מותקן בקרקעות פוטנציאליות כיום לייצור חשמל באמצעות אנרגיית רוח – 800 MW • לשם ביצוע אומדן ארוך טווח עבור שנות התחזית – הנחת גידול של 100%בהיקף ההספק המותקן ז"א 1600 MW • הערכת מספר שעות ייצור חשמל שנתיות: (Capacity Factor-26%) X (Capacity Credit-25%) = 6.5% האקוויוולנטי לכ- 570שעות ייצור שנתיות • אומדן ארוך טווח עבור שנות התחזית – הנחת גידול של 200%בהיקף שעות הייצור השנתיות מאנרגיה רוח, ז"א 1,710שעות החסם העליון לייצור באמצעות אנרגית רוח: 1600MW/km2x1,710hours/year2.75 TWh/year • הערכת החסם העליון לייצור באמצעות אנרגיית רוח ע"י: • סך פוטנציאל היקף ההספק המותקן ייצור חשמל באמצעות אנרגיית רוח • מספר שעות ייצור חשמל שנתיות, לאור הטכנולוגיה הקיימת והעתידית

9. ביוגזוביומאסה • היקף פסולת אורגנית שנתית (מיליוני טון) הקיימת כיום בישראל - • סה"כ פסולת אורגנית כיום בישראל – כ-1.5 מיליון טון בשנה. • לשם ביצוע אומדן ארוך טווח עבור שנות התחזית – הנחת גידול של 3%בשנה בהיקף הפסולת האורגנית הכוללת. • ערך אנרגטי (שעט"ן) עבור מיליון טון פסולת – 0.25מיליון שעט"ו למיליון טון פסולת אורגנית • יעילות המרה של מתקן להפקת אנרגיה מפסולת אורגנית – כ-85%(הנחת גידול של כ-50% מעבר לרמת יעילות כיום של מחז"מ, (כ-55%-60%) החסם העליון לייצור מביוגז וביומסה לתקופת התחזית: 1.5Mt/yearx1.0350x0.25 Mtoe/Mt x85% x11.63TWh/Mtoe16 TWh/year • החסם העליון של הייצור באמצעות תהליכי ביוגזוביומאסה יוערך ע"י: • היקף פסולת אורגנית שנתית (מיליוני טון) הקיימת כיום בישראל • ערך אנרגטי (שעט"ן) עבור מיליון טון פסולת • יעילות המרה של מתקן להפקת אנרגיה מפסולת אורגנית

10. חסם היצע עליון – טכנולוגיות נוספות • אנרגיה גיאותרמית לאור מבנה הקרקע בישראל, אין היתכנות על-פי טכנולוגיות הקיימות כיום לייצור חשמל באמצעות גיאותרמיקה עמוקה. השימוש בגיאותרמיקה רדודה הינו חליפי לשיטות מיזוג קונבנציונאליות, שהולכות ומתייעלות באופן תדיר. העלויות הראשוניות הגבוהות הכרוכות ביישום טכנולוגיה זו מחד, והשיפורים התדירים בטכנולוגיות חלופיות לטכנולוגיה זו מאידך, מספקות תחזית שלילית, ככל הידוע היום, לשימוש נרחב במקור אנרגיה זה • אנרגיה הידרואלקטרית ככל הידוע היום, מדובר בהיקפים זניחים – ישראל אינה משופעת במקורות מים בהם ניתן להשתמש להפקת אנרגיה. כמו-כן, אנרגיית גלי ים צפויה לייצר על פי הטכנולוגיות הידועות כיום, היקפים זניחים בלבד (אם בכלל)

11. חסם היצע עליון – אנרגיות מתחדשות * ההתפתחות מתוארת כקו ישר עקב השימוש בשיעור גידול ממוצע לאורך שנות התחזית. בפועל, לאור הקשיים בשנים הראשונות בהתגברות על עיכובים בירוקרטיים וסטוטוטוריים, העמידה ביעד האנרגיות המתחדשות סביר שתתואר כפרבולה עולה. להלן התפתחות ההיצע האגרגטיבי* באמצעות אנרגיות מתחדשות, במונחי צריכה, לאורך שנות התחזית (מיליארדי קוט"ש):

12. גז טבעי • לאור גילויי הגז הטבעי במאגרי תמר, דלית ולוויתן, ולאור פוטנציאל הגז הטבעי הקיים במימיה הכלכליים של ישראל, קיים היצע בכמויות ראויות של גז טבעי עבור שימושי המשק הישראלי בעשרות השנים הקרובות. • השאלה המהותית, לכמה שנים יספיק הגז הטבעי עבור ייצור חשמל ? (1) מהו היקף הגז הטבעי שיותר לייצוא (2) מהו תמהיל הדלקים שישמש לצורך ייצור חשמל, בפרט לאור הרחבת הביקושים לגז טבעי הצפויה בסקטורים נוספים במשק הישראלי (תחבורה, תעשייה)

13. תחזיות משק גז טבעי Electricity • The estimated NG potential in the Israeli EEZ: • Discovery 250 BCM (Tamar) • Finding 450 BCM (Leviathan) • Wishful thinking 500 BCM • Total USGS estimate: 1200 BCM Dr. Shlomo Wald

14. גז טבעי - המשך ועדת צמח לקביעת מדיניות הגז הטבעי: • תחזית ביקושים עדכנית שפרסמה רשות הגז הטבעי לצורך ועדת צמח (יולי 2012), הביקושים המשקי לגז טבעי צפויים להסתכם בכ- BCM500 עד לשנת 2040 • על פי ההמלצות, הוועדה ממליצה על עתודה אסטרטגית של כ- BCM400 עבור שימושי המשק הישראלי עד 2040. • ומכאן, ההיצע הכולל של גז טבעי אותו משקללת הוועדה, עתיד להסתכם בכ-900 BCMעבור כלל צרכי המשק הישראלי • ללא יצוא גז ובהנחת שימוש ראלי לתחבורה עתידות כמויות הגז הטבעי המצוינות לעיל עשויות להספיק עבור צרכי המשק עד שנת 2050-2055בלבד

15. גז טבעי - המשך לאור האמור בדבר ההיצע החסר למשק הישראלי, ובפרט לאור שיקולי אמינות ההספקה דלעיל, ראוי לקבוע כי שיעור הגז הטבעי לא יעלה על 50% מהדלקיםהמשמשים לייצור חשמל כמו כן, על המשק הישראלי להיערך למקור אנרגיה בעל אמינות הספקה גבוהה, לאור הרגישות הגבוהה של מערכות הגז הטבעי לתקלה בודדת שיקולי אמינות הספקה: • תחזית הביקושים של ועדת מדיניות הגז הטבעי, מניחה שהגז הטבעי יהווה 62% מהדלקים לייצור חשמל בשנת 2020, שיעור שיעלה עד 75%בשנת 2040. הסתמכות על שיעור כה גבוה של גז טבעי, אינה מקובלת באף מדינה אחרת בעולם • למערכות הגז הטבעי רגישות גבוהה ל "Single fault”- תקלה בודדת (כגון "לכלוך" הגז) העלולה להיות בעל משמעות קריטית למערכת הגז, ליציבות משק החשמל • אמינות הספקה מקבלת משנה חשיבות לאור מאזן האיומים הביטחוניים

16. פחם • מגמת השימוש בפחם כחומר דלק לייצור חשמל, הולכת ופוחתת בשיעור ניכר בשנים האחרונות, עם כניסת דלקים יעילים אנרגטית, כלכלית ובפרט סביבתית. • עם הגברת הדרישה לעמידה ברף סביבתי גבוה בעשורים הקרובים, הצפי הינו להפסקה כמעט כליל של שימוש בפחם כחומר גלם לייצור חשמל - שימוש בפחם כשימוש מינורי בלבד/ כגיבוי בחירום (לראייה, פרק הזמן הארוך ביותר שנדרש בשנים האחרונות לאישור תחנה D, שתופעל במתכונת דו-דלקית). • האמור לעיל מתבסס על הטכנולוגיות הידועות כיום – ייתכן כי בהינתן שיפורים בהליכי כריית הפחם (שיפור הליכי גזיפיקציה וכד'), כמו גם שיפורים סביבתיים בהליכי ייצור החשמל (כגון שיפור במערכות הסולקנים), תרוסן הגישה המחמירה כנגד ייצור חשמל באמצעות פחם. • מאחר ותחנות הפחם הקיימות אמורות לסיים את חייהן עד 2035 בערך אזי, בתהליכים הידועים כיום, אין צפי בעוד כ-20-30 שנים לשימוש בפחם כחומר גלם לייצור חשמל.

17. פצלי שמן • בישראל קיים פוטנציאל גדול ביותר לפצלי שמן – ההערכה הינה כי קיים פוטנציאל לכ-250 מיליארד חביות באזורי השפלה והנגב. • למרות הפוטנציאל הנרחב בתחום במדינות לא מעטות בעולם (ובראשן ארה"ב), מעטות המדינות המשתמשות בקנה מידה בהפקת פצלי שמן כמקור אנרגיה – זאת עקב היעילות האנרגטית הנמוכה, ועקב אי-הבהירות הכלכלית והסביבתית הכרוכה בתהליכי הפקת הפצלים. • קיים הכרח להתפתחויות טכנולוגיות בהליך כריית הפצלים, על מנת שניתן יהיה לבסס את פצלי השמן כמקור אנרגיה בתפוצה רחבה.

18. סיכום סל הדלקים העתידי למשק החשמל • חובה לקדם שימוש במקורות אנרגיה נוספים שיהוו נתח הולך וגובר בסל הדלקים לייצור החשמל – ובהם אנרגיה גרעינית • ביטחון ואמינות  חסם שימוש בגז טבעי עד ל- 50% מסל הדלקים • הפחם יהפוך למרכיב שולי בסל (5%-10%) החל מ- 2035 • לאנרגיה מתחדשת, בתכנית שאפתנית, קרוב לוודאי לא ראלית, אם ימוצה כל פוטנציאל האנרגיה המתחדשת עד ל- 2060, אזי היא תוכל לסגור את הפער עד לנתח של 45% מסל הדלקים (סביר שלא יעלה על 30%) • במיצוי של כל המתחדשות עד ל 2060, מצוי כל יכולת ההתיעלות נתח האנרגיה המתחדשת בסל רק יפחת ויידרש מקור נוסף! • אם קצב מימוש פוטנציאל המתחדשות לא יהיה שאפתני אזי מקור אנרגיה נוסף ידרש אף קודם לכן!

19. תודה Dr. Shlomo Wald