משק החשמל של ישראל ניצב בימים אלה על פרשת דרכים. משק זה עובר בשנים האחרונות שינוי דרמטי, אשר כמותו לא ידע מאז שנוצקו יסודותיו לפני יותר מתשעים שנה. בעקבות תגליות הגז בים התיכון עומד לרשות ישראל, לראשונה מאז הקמתה, מקור אנרגיה מקומי, המקנה לה אפשרות ממשית לעצמאות אנרגטית במשק זה בעשורים הקרובים. לאחר שנים של משבר מתמשך צפויה הסבתו של משק החשמל לגז טבעי להביא ליציבות, להפחתת עלויות השימוש באנרגיה לציבור ולצמצום מסוים בזיהום הסביבתי. נוסף לכך, זמינותו של הגז מאפשרת את פעילותם של יצרני חשמל פרטיים, ואת הוצאתה לפועל של תכנית הממשלה להפרטה ולשינוי מבני במשק החשמל.

 

לכאורה, מצבו של משק האנרגיה בישראל וביטחונם האנרגטי של תושביה מעולם לא היו טובים יותר. אולם בפני משק האנרגיה של ישראל ניצבים אתגרים רבים מורכבים, וההחלטות שיקבלו בשנים הקרובות קובעי המדיניות ישפיעו במידה רבה על עתידה הכלכלי, הביטחוני והחברתי של מדינת ישראל. על אף יתרונותיו הרבים, הגז הטבעי הוא דלק מחצבי (פוסילי) מתכלה ומוגבל בכמותו, ושרפתו מביאה לפליטת מזהמים וגזי חממה. כמו כן, הפרטתם המואצת של המקטעים השונים במשק החשמל על פי מתווה שגובש לפני יותר משני עשורים, ובמנותק משיקולים מקצועיים הקשורים לצורכי האנרגיה של ישראל, עלולה להחליש את חוסנו של משק זה ולהגביל את יכולתו להתמודד עם אתגרי העתיד.

על רקע משבר אנרגיה עולמי ומתמשך, אשר צפוי להחריף, והמאבק בהתחממות כדור הארץ, חסרונה של מדיניות אנרגיה לאומית רחבה וארוכת טווח עלול להעמיד את ישראל בתוך כשני עשורים בפני שוקת שבורה.

מחקר "לקראת אפס פליטות פחמן בישראל" מתמקד, כאמור, במשק החשמל, האחראי לחלק הארי של פליטת גזי החממה בישראל. המחקר ומנסה להשיב על השאלות שלהלן: האם וכיצד אפשר לצמצם את פליטת גזי החממה במשק החשמל של ישראל לכדי אפס פליטות עד לשנת 2040,  ובתוך כך לשמור על אמינות האספקה ועל יציבותה? מהי העלות הכרוכה בכך? כדי להשיב לשאלה זו יש למפות את האתגרים העיקריים הניצבים בפניו, ואת המענה הנדרש לכל אחד מהם:

1.    הביקוש הגדל לחשמל במשק.
2.    פליטת מזהמים והשפעה שלילית על הסביבה ועל בריאות הציבור.
3.    השינוי המבני הנדרש במשק החשמל כדי שיוכל להמשיך ולממש את יעדיו באופן המיטבי.

 

בלב המחקר ניצבת סימולציה רב־ממדית הבוחנת את מרחב האפשרויות שבין שני תרחישי קצה הפוכים לפיתוח משק החשמל העתידי. האחד, תרחיש "עסקים כרגיל", משקף את התפתחותו של משק החשמל בעשורים הבאים על בסיס מדיניות הממשלה במתווה הנוכחי של "חזה וספק", והתבססות על דלקים מחצביים. השני מציג חלופה שבה צורכי החשמל במשק מסופקים באמצעות שילוב בין צמצום מרבי בצריכת החשמל מחד־גיסא, לבין הגדלה של הפקת חשמל ממקורות אנרגיה מתחדשים בני־קיימה למקסימום האפשרי, מאידך־גיסא. כמו כן, אופטימיזציה כלכלית של תוצרי הסימולציה מלמדת כי לא זו בלבד שתרחיש זה הוא בר־מימוש, אלא שעלותו למשק אינה יקרה יותר מתרחיש "עסקים כרגיל".

 

לצורך ביצוע הסימולציה נבחנה השפעתם של המרכיבים העיקריים במשק האנרגיה: הגורמים האחראים לפליטת גזי החממה במגזרי המשק השונים בצד הפוטנציאל להפחיתם, ותחזית הביקוש לחשמל בשנת 2040 בצד הפוטנציאל להפקת החשמל ממקורות מתחדשים ובני־קיימה. המחקר סוקר אפוא את האמצעים הפוטנציאליים, ובראשם אנרגיית רוח ואנרגיית השמש, ודן בפירוט במידת ישימותם במסגרת מגבלותיה הטבעיות של ישראל.

מחקר זה אינו מחליף את תכנית האב הממשלתית למשק החשמל והאנרגיה, הן מבחינת היקף המשימות הן מבחינת המשאבים - ובפרט הנתונים - שעמדו לרשותנו. עם זאת, החזון ארוך הטווח שהוא מציב מתבסס על מתודולוגיה ועל יסודות טכנו־כלכליים מוצקים, ומציג גישה חדשה ויעדים תכנוניים חלופיים עבור משק החשמל - חלקם אף מרחיקי לכת.

 

מרכיבי המחקר
כדי שאפשר יהיה לספק את חלק הארי של תצרוכת החשמל של ישראל ממקורות מתחדשים בני־קיימה, ובעלות סבירה, יש לצמצם באופן ניכר את הביקוש לחשמל במשק באמצעות התייעלות אנרגטית. ניתוח מגמות הביקוש לחשמל בישראל בעשרים השנים האחרונות מלמד כי בתרחיש "עסקים כרגיל" (קרי, ללא מאמצי חיסכון והתייעלות מיוחדים), ימשיך הביקוש לגדול באופן לינארי  ויעמוד בשנת 2040 על 101 מיליארד קוט"ש. זהו גידול של 74% בביקוש ביחס לשנת 2012, שבה עמד הביקוש על 58 מיליארד קוט"ש. על פי תחזית זו קצב הגידול השנתי נאמד בכ־2% בשנה - מעט יותר משיעור גידול האוכלוסייה, שנאמד בכ־1.75% בשנה.

עם זאת, ניתוח פוטנציאל ההתייעלות האנרגטית במשק על פי שימושי האנרגיה העיקריים (מיזוג אוויר, תאורה, חימום מים) ועל פי מגזרי השימוש (ביתי, מסחרי/ציבורי, תעשייתי וכו') מראה כי עד שנת 2040 אפשר לייעל את השימוש בחשמל בכ־38% מסך הצריכה ביחס לתרחיש הבסיס, ולצמצמו להיקף של 63 מיליארד קוט"ש בלבד. במונחים שנתיים זהו חיסכון של כ־1.6% לשנה, בכל שנה, עד לשנת 2040. צמצום שנתי של 1.6% בביקוש לחשמל תואם את יעדי התכנית הלאומית להתייעלות בצריכת החשמל עד לשנת 2020 (משרד האנרגיה והמים, 2010a), ובה שיעור החיסכון הממוצע גבוה אף יותר.

בתחום הבנייה נמצא כי שימוש באמצעים של "בנייה ירוקה" יכול לתרום להפחתת צריכת האנרגיה לאִקלום ביותר מ־50%, קרי 7.3% מסך הביקוש במשק בכל המגזרים, שהם כ־20% מפוטנציאל החיסכון. שינויים בהתנהגות הצרכנים עשויים לתרום להפחתת כ־3.2% מהביקוש לחשמל, שהם כ־9.5% מפוטנציאל החיסכון הכולל.

הפקת אנרגיה ממקורות מתחדשים בישראל בהיקף נרחב מחייבת התמודדות עם שלושה אתגרים מרכזיים:

1.    ההשקפה הרווחת כי מדובר בטכנולוגיות יקרות שאינן אמינות.
2.    מגבלה על סך האנרגיה שאפשר להפיק ממקורות מתחדשים בישראל, בשל צפיפות אוכלוסין ומחסור בקרקע זמינה להקמת המתקנים הדרושים.
3.    הצורך להבטיח אספקה סדירה, רציפה ויציבה של חשמל לאורך כל שעות היממה, גם כאשר חלק מהמקורות המתחדשים אינם זמינים (דוגמת אנרגיית השמש, שאינה זמינה בלילה).

הגישה התכנונית הקיימת במשק החשמל בישראל גורסת כי עליו להמשיך ולהתבסס גם בעתיד על דלקים מחצביים מזהמים ומתכלים. זאת לאור זמינותו הגבוהה ומחירו הנמוך של הגז הטבעי ויציבות אספקתו של הפחם, לצד התפיסה שלפיה אין כדאיות כלכלית בשילובם של מקורות מתחדשים להפקת חשמל בישראל מעבר לשיעור של 20% מסך תפוקת האנרגיה, והקצאת משאבים מצומצמים ביותר להתייעלות אנרגטית במשק. הגישה המוצעת במחקר זה הפוכה, ומדגישה את הצורך לתכנן את משק החשמל על בסיס שילוב הכרחי בין התייעלות מרבית בשימוש בחשמל לבין מעבר לשימוש במקורות אנרגיה מתחדשים בהיקף נרחב.

כלי הסימולציה שבנינו לצורך המחקר מדמה את תפוקת החשמל ממקורות מתחדשים עבור שנה שלמה, על בסיס נתוני הביקוש החזוי בכל שעה ושעה, אל מול זמינות המקורות המתחדשים (8,760 שעות בשנה).  הוא עושה זאת עבור שילוב של מגוון טכנולוגיות קיימות להפקת אנרגיה ממקורות מתחדשים, הזמינות לשימוש בישראל: הפקת אנרגיה מקרינת השמש (אנרגיה סולארית) בטכנולוגיה פוטו־וולטאית ובטכנולוגיה תרמו־סולארית (כולל אגירת אנרגיה);  הפקת אנרגיה מרוח באמצעות טורבינות המוצבות ביבשה ובים (הנתונים על אודות עצמת הרוח בים נאספו מנתוני לוויינים); הפקת אנרגיה מגלי הים, מפסולת ומביומסה; ואגירת אנרגיה באמצעות מתקנים לאגירה שאובה ושימוש בסוללות המותקנות בכלי רכב חשמליים.

אופטימיזציה כלכלית של תמהיל הפקת האנרגיה ממקורות מתחדשים, כפי שהציגה הסימולציה, מאפשרת לבחור בכל רגע נתון את מקור האנרגיה המתחדשת הזמין הזול ביותר למשק  - אך לא יותר ממגבלת התפוקה המקסימלית לכל מקור אנרגיה, בהתאם ליכולת לעשות בו שימוש בישראל. כן מובא בחשבון באופטימיזציה הגיבוי הנדרש (מתבסס על דלקים מחצביים), ומופנמת עלות הבזבוז הנוצר כאשר האנרגיה המתחדשת המופקת לא נצרכת במלואה (לדוגמה, בשעות הצהרים שבהן קרינת השמש בשיאה), או בשל עלות ההון של מערכות הגיבוי בדלקים מחצביים, המשמשות לעתים רחוקות בלבד.

האופטימיזציה מציגת את תמהיל הפקת האנרגיה המיטבי למשק החשמל העתידי של ישראל בהתבסס על הרחבת השימוש במקורות מתחדשים (Error! Reference source not found.). במילים אחרות, האופטימיזציה מחשבת את ההספק המותקן הרצוי בכל אחד מהמקורות המתחדשים השונים הזמינים (על בסיס הטכנולוגיות הנמצאות בשימוש), וכן את ההספק הנדרש לגיבוי ממקורות מחצביים, כדי לענות על הביקוש בכל שעה על פני השנה, ובעלות מינימלית למשק, וזאת באחוזים הולכים וגדלים של שימוש במקורות מתחדשים.

האופטימיזציה בוחנת את ההשפעה שיש להרחבתה של תפוקת האנרגיה ממקורות מתחדשים במהלך של 100 צעדים, בתרחיש שאינו כולל התייעלות אנרגטית (צריכת חשמל שנתית של 101 מיליארד קוט"ש); בתרחיש של התייעלות חלקית (צריכת חשמל שנתית של 82 מיליארד קוט"ש בשנה); ובתרחיש של התייעלות מקסימלית (צריכת חשמל שנתית של 63 מיליארד קוט"ש). כמו כן נערכו בדיקות רגישות באמצעות תרחישים נוספים שבהם שונו מחירי הדלקים המחצביים, עלות הטכנולוגיות השונות והמגבלות על השימוש בהן (דוגמת הפקת חשמל מרוח במתקנים הנמצאים בים).
האופטימיזציה מלמדת כי אפשר להקנות לתושבי ישראל ביטחון אנרגטי ואספקת חשמל סדירה ויציבה ממקורות מתחדשים, ובתוך כך לתת מענה מלא לביקוש השעתי לחשמל בכל שעות היממה. מימושו של פוטנציאל ההתייעלות האנרגטית במשק במלואו מאפשר לשלב מקורות מתחדשים להפקת אנרגיה בשיעור של 80% ללא תוספת עלות ביחס להפקת אנרגיה מדלקים מחצביים.  יתרה מזאת, שילוב מקורות מתחדשים בהיקף של עד 20% מתמהיל הפקת האנרגיה הכולל אף מוזיל את עלות ייצור החשמל ביחס לתרחיש עסקים כרגיל - גם ללא התייעלות אנרגטית כלל.

בError! Reference source not found. להלן מוצגת תחזית השימוש במקורות האנרגיה השונים בשלושת העשורים הקרובים, על פי המלצות האופטימיזציה, במצב של התייעלות מלאה במשק והשגת 80% ייצור ממקורות מתחדשים, כאמור, ללא תוספת עלות למשק. במצב זה מקורות האנרגיה העיקריים יהיו 19,000MW מותקנים בטכנולוגיה פוטו־וולטאית (על פי ניתוח שנעשה במחקר רובם יכולים להיות בשימוש שטח כפול), 3,325MW של טורבינות רוח ביבשה, ו־2,200MW של טורבינות רוח בים. כמו כן יידרשו 3,200MW של מערכות אגירה וכ־9,000MW של תחנות כוח פוסיליות לגיבוי.
 
תרשים 1: התפתחות ייצור האנרגיה ממקורות מתחדשים אל מול צמצום הייצור ממקורות פוסיליים, על פי התמהיל המומלץ על ידי האופטימיזציה להשגת 80% מקורות מתחדשים בשנת 2040, ללא תוספת עלות אל מול תרחיש "עסקים כרגיל", ובהנחה של התייעלות מקסימלית.

לסיכום, משק האנרגיה העולמי עומד בפני תמורות ואתגרים שלא עמד בפניהם מעולם. שינויי האקלים המתגברים והולכים יחייבו את אומות העולם לפעול בנמרצות לצמצום משמעותי של פליטות גזי החממה; המחירים העולים והתנודתיות הגוברת במחירי הדלקים מקשים על תפעול כלכלי של מערכות הייצור; הביקוש הגובר לאנרגיה דורש השקעות עתק בתשתיות ייצור, הולכה וחלוקה, בד בבד עם דרישות הולכות וגוברות להקצאת קרקע; ומדינות רבות המייבאות דלקים חשופות לתהפוכות גאו־פוליטיות וגלובליות.

בנסיבות אלה, ביטחון אנרגטי אמיתי יגיע לישראל אך ורק תוך הגדלה ניכרת של השימוש במקורות אנרגיה מתחדשים, כאלו שאינם תלויים באספקת דלקים מתכלים ואינם פולטים מזהמים או גזי חממה. המחקר "לקראת אפס פליטות פחמן בישראל" מציב חזון ישים ואחראי למשק האנרגיה של ישראל במאה ה־21, כחלופה למדיניות הקיימת. המחקר מלמד כי אפשר להסב את משק החשמל של ישראל למשק בר־קיימה, ולהביא לצמצום מרבי של הפגיעה בסביבה ושל פליטת גזי החממה. מסקנותיו מראות כי כדי להגיע לתוצאות משמעותיות יש להתחיל לפעול מוקדם ככל האפשר, דווקא בעת הנוכחית של תמורות גלובליות.