כשאני מדבר עם אנשים על אנרגיה מתחדשת, רוב האנשים אומרים מייד 'פאנלים סולאריים', חלקם מזכירים 'טורבינות רוח' וחלק מתחילים להתווכח סתם על משהו שקשור לאנרגיה אטומית. אבל למעשה, נכון להיום אנרגיית מים היא האנרגיה המתחדשת הנפוצה ביותר לייצור חשמל: מעל 60% מסך כל האנרגיה המתחדשת לייצור חשמל בעולם [1]. המים גם היו מקור האנרגיה הראשון שנעשה בו שימוש לייצור חשמל, עוד לפני הפחם והגז, באנגליה של סוף המאה ה-19 [2]. גם בישראל פעלה תחנת כוח שהתבססה על אנרגיית מים ­– התחנה בנהריים. אנרגיה חשמלית שמקורה במים נקראת אנרגיה הידרואלקטרית: הידרו – מים ביוונית, אלקטרו – חשמל.

אולי חשבתם לעצמכם: למה אנרגיה הידרואלקטרית נהייתה מקובלת כל כך? הסיבה לכך היא שייצור חשמל באמצעות אנרגית מים הוא פשוט יחסית ויעיל. כל שנזדקק לו הוא שני מאגרי מים קרובים זה לזה, אשר נמצאים בגבהים שונים (כלומר, יש ביניהם הבדל גבהים). לרוב מופרדים שני המאגרים באמצעות סכר. בין המאגרים מחבר צינור אשר מוביל מים מן המאגר הגבוה לנמוך, ובקצהו מותקנת טורבינת מים. הטורבינה מסובבת גנרטור גדול אשר מפיק חשמל (ראו איור). כמות האנרגיה הניתנת לניצול בדרך זו היא האנרגיה הפוטנציאלית של המים, השווה למכפלת משקל המים בהבדל הגבהים – בדיוק כמו שלמדנו בתיכון. אם כך, בנהרות שבהם זורמים מים או שיש בהם הבדל גבהים גדול, אצורה אנרגיה רבה. בנהר הדנובה, לדוגמה, הספיקה הממוצעת היא כ-7 מיליון ליטר לשנייה. בהינתן הבדל גבהים של 100 מטר בלבד, נוכל לקבל כמות אנרגיה שתספק כמעט את כל צורכי החשמל של ישראל, או לשלוח את מרטי בחזרה לעתיד [3].

יש שלושה סוגים עיקריים של טורבינות להפקת חשמל ממים, כל סוג מתאים לתנאי עבודה שונים:

1. טורבינת פֶּלטוֹן – מתאימה למאגרים שבהם הבדל הגבהים גדול וספיקת המים נמוכה. בשיטה זאת המים מותזים על כפות הטורבינה בלחץ גדול, כמו רובה מים חזק שמאיץ גלגל מסתובב.
2. טורבינת קפלן – מתאימה לספיקה גבוהה והבדל גבהים קטן. בשיטה זאת המים שזורמים על גבי כנפי הטורבינה מפעילים עליה כוחות עילוי, בדומה לאופן שבו פועלים כנפי מטוסים וטורבינות רוח.
3. טורבינת פרנסיס – הסוג הנפוץ ביותר, המתאים לכל תנאי הביניים. בשיטה זאת ממירים את האנרגיה באופן המשלב עילוי ודחף. הטורבינה באתר האגירה השאובה בגלבוע היא דוגמה לסוג זה [4].

טורבינת פלטון (צילום: Elliott Brown)

טורבינת קפלן (GT1976 / Wikimedia Commons)

טורבינת פרנסיס (Qurren / Wikimedia Commons)

בנוסף לאנרגיה הרבה האצורה במים, יעילותן של טורבינות המים גבוהה במידה מפתיעה: מעל 90%, בהשוואה ל-50% בתחנות כוח פחמיות ובכורים גרעיניים, 20%-50% בטורבינות רוח ו-10%-25% בלבד בפאנלים סולאריים [5]. הנצילות הגבוהה מושגת הודות לאופן המרת האנרגיה, מאנרגיית גובה (יעילות ההמרה מאנרגיית חום, לדוגמה, מוגבלת על ידי נצילות קרנו [6]), ומעל מאה שנים של מחקר הנדסי, שהביא לשליטה מדויקת בספיקת המים ולשיפור היעילות. יתרון נוסף של אנרגיית מים הוא האפשרות לשלוט בכמות החשמל המופקת, יכולת שקשה להשיג כאשר מפיקים חשמל מרוח או משמש, שהם מקורות אנרגיה שזמינותם אינה קבועה.

כמות האנרגיה הזמינה ויעילות ההפקה גרמו לכך שאנרגיה הידרואלקטרית נפוצה מאוד ונחשבת זולה ואמינה, אך לא כל הנוצץ 100% זהב. אומנם הפקה של אנרגיה הידרואלקטרית נחשבת בטוחה יחסית להפקת אנרגיה בשיטות אחרות, אך במהלך השנים תחנות כוח הידרואלקטריות גרמו נזקים סביבתיים אדירים ואף גבו חיי אדם, בעיקר בגלל רשלנות אנושית. לדוגמה, בהתמוטטות סכר באנצְ'יַאו בסין שאירעה ב-1975, נהרגו בין 85,000 ל-240,000  בני אדם, פי 50-10 ממספר ההרוגים המוערך באסון בצ'רנוביל [7], והקמת סכר שלושת הערוצים בסין, הסכר של תחנת הכוח הגדולה בעולם, הביאה לפינוי של כ-1.3 מיליון בני אדם ולפגיעה סביבתית בהיקף עצום [8].

כמו לכל שיטה להפקת אנרגיה חשמלית, גם לאנרגיית מים יש יתרונות וחסרונות, אך לא נראה שהיא עומדת להיעלם אלא להיפך: אנרגיית המים עתידה לשמש מרכיב עיקרי בייצור החשמל המתחדש בכל העולם. לרוויה.

ליווי מדעי: עלי שמשוני
עריכה: סמדר רבן
צילום: Joshua Sukoff

מקורות והרחבות:

 [1] דוח הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה על אנרגיה מתחדשת, 2018
IEA, “Renewables 2018 – market analysis and forecast from 2018 to 2023”, IEA Executive summary, 2018.

[2] ההיסטוריה של האנרגיה ההידרואלקטרית, משרד האנרגיה האמריקאי

[3] הלשכה המרכזית לסטטיסטיקה, "מאזן האנרגיה של ישראל 2019: הודעה לתקשורת", ינואר 2021

[4] פוסט על עילוי של כנפי מטוסים

[5] על אנרגיה מתחדשת

[6] פוסט על נצילות קרנו

[7] על ההשלכות והמחירים של הפקת אנרגיה
NAS, Hidden Costs of Energy: Unpriced Consequences of Energy Production and Use Committee on Health, Environmental, and Other External Costs and Benefits of Energy Production and Consumption; Nat. Res. Council, Wash., D.C. ISBN: 0-309-14641-0 (2010).

[8] סכר שלושת הערוצים – ברכה או אסון סביבתי?
Theuerkauf, Ethan (October 2, 2007). "Three Gorges Dam: A Blessing or an Environmental Disaster?". The Flat Hat. Archived from the original on February 22, 2008. Retrieved June 21, 2015.