אנרגיה סולרית 2.0

חברת לוז הירושלמית קמה מחדש כדי להקים מגדלי שמש להפקת חשמל

מאת איתן קריין. פורסם בכתב העת סיינטיפיק אמריקן ישראל, אפריל 2008

כתם האור שריצד קלות, ביום החורף המרהיב, על קיר אחד הבניינים באזור התעשייה הר חוצבים שבירושלים מסמל גם נקודת אור בסיפורה של חברת לוז. כירושלמי לשעבר אני זוכר היטב את האכזבה שליוותה את סגירתה של לוז ב-1991 לאחר שבשנות ה-80 הובילה החברה את תחום ריכוז קרני השמש בעולם והקימה כמה חוות סולריות גדולות להפקת חשמל בקליפורניה. מהנדסי לוז אמנם התפזרו, אבל שמרו על קשר אישי הדוק. “קראו לנו 'האחים לוז',” מספר מנכ”ל החברה ישראל קרויזר, ואז כשהקים ארנולד גולדמן את החברה מחדש ב-2004 חזרו המהנדסים והתקבצו בחברת לוז 2, שהיא חברת בת של Bright Source האמריקנית. לוז המקורית הוקמה כדי להציע חלופה לנפט לאחר שמחירו עלה בעקבות משבר הדלק של שנות ה-70. ולכן, כשירדו מחירי הדלק ירד גם העניין באנרגיה חליפית. כעת המצב שונה, לא זו בלבד שמחירי הנפט עלו שוב, אלא אף שהיום העולם מחפש לא רק אנרגיה חליפית אלא גם מקורות לאנרגיה נקייה. “השינוי החל לפני 4-3 שנים כשגם אמריקה החלה להתעניין באנרגיה ירוקה וחזרה לשוק הסולרי,” אומר קרויזר.

כתם האור נוצר בעת ניסוי באחת מן המראות המלבניות הניצבות בשדה הניסוי של החברה. כל מראה, ששטחה 7.3 מטרים רבועים , ניצבת על עמוד מתכת שעליו מותקנת מערכת המניעה את המראה בשני צירים, ציר אופקי וציר אנכי. המתקן, הקרוי הליוסטט, משמיע איוושה קלה כל 10 שניות, אות לכך שהמראה ביצעה תנועה זעירה ובלתי נראית כדי להתאים את עצמה למיקום השמש בשמים ולהמשיך להחזיר את אורה בדיוק לאותה נקודה. בחווה סולרית מסחרית עתידית יעמדו כ-40,000 הליוסטטים, שהמראות שלהם יהיו כפולות בשטחן מאלה של מתקן הניסוי. כל המראות ירכזו את אור השמש אל מגדל אחד שיתנשא לגובה של כ- 80 מטרים . בראש המגדל יותקן “קולט” (receiver) שיפיק קיטור בטמפרטורה של 565-550 מעלות צלזיוס ובלחץ של 160-140 אטמוספרות. הקיטור יניע טורבינה להפקת חשמל. באביב 2008 מתכננת החברה לחנוך במישור רותם בנגב מתקן ניסוי שיכלול 1,700 הליוסטטים ומגדל. חגי הוס, מהנדס הפיתוח שמלווה אותי בסיור, דור שני בחברה – אביו עבד בלוז בגלגולה הראשון וחזר אליה עם הקמתה מחדש – מסביר לי שההליוסטטים עוקבים אחרי השמש על פי תכנות מראש. כל הליוסטט מביא בחשבון את המיקום המוחלט שלו עצמו, את הזווית שלו לעומת הקרקע, את מיקום המגדל ואת המיקום המדויק של השמש בשמים בכל רגע לאורך השנה. לכל אחד מעשרות-אלפי ההליוסטטים בשדה יש נתונים משלו וכרטיס בקרה משלו הדואג לכך שכולם יכוונו את אור השמש לאותה נקודה בראש המגדל. תכנון הבקרה המדויקת הזאת היה אתגר הנדסי, פיזיקלי ומתמטי לא פשוט.

ריכוז אור השמש באמצעות שדה מראות ומגדל היא, מודים בלוז 2, שיטה טובה יותר מן המראות הפרבוליות שפיתחה החברה בעבר. בשיטה זו אפשר להגיע לטמפרטורות גבוהות יותר המאפשרות המרה טובה יותר של האנרגיה התרמית לאנרגיה חשמלית. העקיבה הדו-צירית משפרת גם את נצילות המערכת בחורף. השיטה גם זולה יותר: החומרים הדרושים פשוטים וזולים מאלה הדרושים לקולטים פוטו-וולטאיים והמתקנים פשוטים יותר מאלה שבחוות הסולריות של היום שעיקר העלות שלהן נובע ממראות פרבוליות וצינורות להולכת נוזל חם. ב-1982 בנה משרד האנרגיה האמריקני בקליפורניה את Solar-1, תחנה של 10 מגה-ואט על בסיס מגדל שמש, מכיוון שכבר אז סברו בארה”ב שהעתיד טמון בטכנולוגיה זו. אבל לאחר שהציגה לוז את טכנולוגיית המראות הפרבוליות, היא השתלטה על השוק וכל התחנות שנבנו מאז התבססו על שיטתה. “היום יש שבאים אלינו בטענות שלאחר ששכנענו את כל העולם שמראות פרבוליות טובות יותר, אנחנו חוזרים למגדל שמש,” מספר קרויזר בחיוך. הסיבה לכך היא הבקרה. בשדה של מראות פרבוליות כל המראות נעות במקביל והבקרה עליהן פשוטה. לעומת זאת בשדה של מגדל שמש יש לעקוב ולבקר בנפרד כל מראה ומראה. זוהי רמת בקרה שלא הייתה אפשרית בשנות ה-80. “הפשטות בבקרה היא כל היופי במראות פרבוליות, בקרה מורכבת אינה יתרון,” אומר קרויזר, “אלא שעכשיו הדבר אפשרי ולכן החלטנו לחזור לטכנולוגיית המגדל.”

אך האם אנרגיה סולרית אכן תוכל להיות הפתרון העיקרי לצורכי האנרגיה של ארה”ב, כפי שמציעים כותבי המאמר “התכנית הסולרית הגדולה” בעמוד 22, או של מדינות שטופות שמש אחרות כמו ישראל? בלוז 2 רואים באנרגיית השמש רק רכיב אחד מתוך מגוון של פתרונות ולא פתרון עיקרי. המעבר לאנרגיה חליפית יהיה הדרגתי ואין לצפות לקפיצה חדה שתתרחש בעקבות טכנולוגיה חדשה. שוק האנרגיה הוא שוק ותיק, הושקעו בו סכומי עתק, ואין לצפות למהפכות מהירות. אבל השינוי התפיסתי מתרחש. כדוגמה מביאים בלוז 2 את אנרגיית הרוח. בסוף שנות ה-80 פשטו החברות העוסקות בכך בארה”ב את הרגל, אבל באירופה הסכימו לסבסד את הטכנולוגיה והיום יש מדינות שהרוח מספקת נתח ניכר מן האנרגיה שלהן. בלוז 2 סבורים שדבר דומה יקרה באמריקה לאנרגיה השמש ושהפעם, בניגוד לעבר, ארצות הברית תעמוד ביעדים למעבר הדרגתי לאנרגיות חליפיות.

ובישראל? לאמריקה יש מרחבי מדבר אדירים המאפשרים לה לפרוס חוות סולריות גדולות מאוד, אבל בישראל, המשאב היקר ביותר הוא שטח. “לדעתי,” אומר קרויזר, “ישראל צריכה לשמור על משאבי השטח שלה בקנאות, ואילו אנרגיית השמש היא צרכנית שטח רעבתנית.” הוא אינו צופה הקמת חוות סולריות ענקיות בארץ. אף על פי שרבים רואים בנגב שטח מתאים למטרה זו יש להביא בחשבון את השימושים האחרים של השטח: שטחים צבאיים, שמורות טבע, יישובים, אוכלוסייה בדואית ועוד. לוז 2 צופה אפוא שחברת החשמל תקים בארץ תחנות סולריות בהספק של כמה מאות מגה-ואט, כלומר פחות מ-5% מאספקת האנרגיה, ולא יותר. היתרון של ישראל, שבשבילו כדאי בכלל להקים חוות סולריות בארץ, הוא הטכנולוגיה. “החברות הסולריות יוכלו למלא בישראל את התפקיד ש'נוקיה' ממלאת בפינלנד בתחום הטלפונים הניידים.” ממשלת ישראל עומדת לצאת בקרוב במכרז על הקמת תחנה של 250 מגה-ואט. לוז 2 מתכוונת לגשת למכרז ובחברה מאמינים ביכולתה לזכות בו. זכייה של חברה ישראלית במכרז תקדם את מעמדה של המדינה כמרכז טכנולוגי בשוק הסולרי.

לוז 2 מתכוונת להתחיל להקים תחנות כוח מסחריות ב-2011. בתחילה מתוכנן שדה של 100 מגה-ואט ואחר כך הקמת שדות נוספים בהספקים של מאות מגה-ואט. השוק העיקרי הוא השוק האמריקני ואחריו אירופה וישראל. בחברה צופים שבטווח הארוך היא תוכל להתחרות במחיר החשמל המופק משרפת דלקים בתוספת מס הפחמן שיוטל עליהם. מקור האופטימיות הכלכלית הוא בהכרה שבניגוד למשברי האנרגיה של שנות ה-70 וה-80, הפעם מדובר בשינוי עמוק יותר וארוך טווח. ההכרה שהעולם חייב לעבור לאנרגיה נקייה, ושמחירי הנפט הגבוהים ימשיכו לעלות מחזקים את האמונה שבגלגול הזה לוז תהיה שוב על המפה ושגם תישאר עליה.

ד”ר איתן קריין הוא העורך המדעי-תפעולי של סיינטיפיק אמריקן ישראל ועומד בראש תכנית תרבות-מדע בחמד”ע – המרכז לחינוך מדעי בתל אביב.