לא, אין מדובר בעוד באזז אינטרנטי חדש, אלא בתוספת אינטלגנציה ויעילות לזרם החשמל הישן והטוב. רשת החשמל החכמה, Smart Grid, היא המהפכה הטכנולוגית הבאה.

עידן האינטליגנציה החשמלית – Smart Grid

מאת: פרופ' גדי גולן

לא, אין מדובר בעוד באזז אינטרנטי חדש, אלא בתוספת אינטלגנציה ויעילות לזרם החשמל הישן והטוב. רשת החשמל החכמה, Smart Grid, היא המהפכה הטכנולוגית הבאה. בדומה למהפכת האינטרנט שהחלה בשלהי המאה הקודמת, גם כאן, במהפכת הרשת החכמה, קשה עדיין לאמוד את היקפה של המהפכה החדשה ואת השפעותיה על האנושות, ממש כפי שלא ניתן עדיין לסכם את השפעת מהפיכת האינטרנט על האנושות. התפיסה הבסיסית של "מערכת חשמל ארצית", במובנה הפשוט, עתידה לחלוף מן העולם לטובת קונספט מהפכני.

כיום עדיין מדובר על רשת חשמל ארצית במונחי ספק – לקוח. חברת החשמל (חח"י) היא ספק חשמל יחיד במדינה, המספקת החשמל באמצעות מספר תחנות כוח בודדות הפזורות ברחבי המדינה. לקוח הקצה הטיפוסי הוא כמובן תושב המדינה הצורך את החשמל המיוצר. תפיסה עסקית פשוטה זו של "ספק-לקוח" יוצרת תנודות עונתיות בצריכת החשמל (יום-לילה, קיץ-חורף, חול- מועד, וכו'). על חברת החשמל לדאוג לספק לתושבי המדינה מתח קבוע ויציב של V220 בתדר קבוע של 50Hz. זה החוזה המוכר והידוע בין ספק החשמל (חח"י) לבין צרכן החשמל.

למעשה אין לחברת החשמל מענה טכנולוגי מושלם לבעיות ה'עונתיות' בצריכת החשמל, ולכן מירב אונה ומרצה מושקעים כיום בניסיון לייצב את אספקת החשמל הארצי ללא תלות בתנודתיות הצריכה. כיום מוגבלת יכולתה של חברת החשמל לווסת ביעילות את פעולת הגנרטורים של תחנות הכוח השונות הפזורות בארץ. וויסות כזה של טורבינות כוח ענקיות כרוך בבלאי מואץ שלהן ובהגדלה משמעית של הוצאות אחזקתן.

בעולם אידאלי דמיוני צריכת החשמל קבועה לכל אורך שעות היממה במהלך השנה. אבל בעולם האמיתי במקרה של צריכת יתר כמו בשיאי חום או קרה, חייבת חברת החשמל לעשות אחת מן השתיים: להוסיף ייצור בעזרת תחנת כוח רזרבית (תחנה שכיום אינה בנמצא) או לנתק לקוחות באזורים שונים ובזמנים שונים ובכך לפזר את הבעיה על פני מספר לקוחות רב יותר. כך בעצם נולד הצורך ברשת חכמה SMART GRID.

בעידן החדש של אנרגיות מתחדשות, ננטוש את המשוואה הישנה והחבוטה של "ספק-לקוח". בעתיד הקרוב רשת החשמל תאופיין בריבוי ספקים וריבוי לקוחות. למעשה, כל בית אב שעל גגו מותקנת מערכת סולארית (או שבחצרו טורבינה הממירה רוח לחשמל) יהפוך להיות ספק חשמל לעצמו ולרשת החשמל הארצית במשולב. בעידן האנרגטי המתחדש כל לקוח הופך להיות גם ספק. הבעיה היא שאספקת החשמל החדש מן המקורות בני הקיימא, אינה יציבה כמו החשמל ה'ישן' והמוכר.

ניהול תנודתיות החשמל הנקי

השמש באה והולכת ועמה גם כמות ואיכות החשמל המיוצרת על גגות המבנים. גם הרוח באה והולכת ומייצרת חשמל לא יציב ובאיכות ירודה. אם מאפשרים לכל בית אב בישראל להעלות את החשמל "המתחדש" המיוצר בחצרו לרשת החשמל הארצית – לא ניתן עוד לקיים את החוזה הקבוע שבין חברת החשמל ללקוח – חוזה בו התחייבה חברת החשמל על מתח ותדר יציבים (V220 ו – Hz50).

הרשת החכמה תוכננה להתמודד ביעילות עם 'הכאוס החשמלי' בעידן מרובה הספקים והלקוחות. בעידן בו גוברת הדרישה החברתית בכל העולם להקטנת פליטת גזי חממה לאטמוספרה ולהימנע ככל האפשר מהוספת תחנות כוח קונבנציונליות השורפות פחם ונפט ומוצריו. גם תחנות כוח גרעיניות אינן אהודות על העולם הנאור, מסיבות מובנות של סילוק פסולת גרעינית ועימותים בין מדינות.

הרשת החכמה אמורה להביא מזור לכל הבעיות הללו. היא תקבל בו זמנית את כל מיליוני יצרני החשמל (כולל הביתיים הזעירים) ותספק חשמל יציב וקבוע לכל מיליוני הלקוחות – כל זאת תוך הקפדה על איכות אספקה מרבית וללא הפסקות, תוך מזעור נזקים ללקוח הסופי. הרשת החכמה תהפוך להיות מערכת מורכבת ביותר החולשת על מערכות מורכבות מרובות תחתיה, ממש באותו מבנה "שכבות" של רשת האינטרנט.

מסחר עודפים דו כיווני ברשת החשמל

החשמל העתידי ייסחר בין הלקוח לחברת החשמל העתידית באותן יחידות אנרגיה – קילו וואט שעה (קוט"ש). אלא שבשונה מהחד כיווניות הקיימת כעת הרי שבעתיד תהיה זרימת המסחר בחשמל דו-כיוונית: הלקוח יכול לקנות ולמכור אנרגיה ממש כמו חברת החשמל. חברת החשמל העתידית תהפוך מעין 'ברוקר' הסוחר באנרגיה חשמלית, ממש בדומה למסחר בזמן אויר אצל חברות הסלולר. יתפתח שוק חדש עתיר תחכום הקונה ומוכר יחידות אנרגיה בקשת רחבה ביותר של מחירים לפי פרמטרי ההתקשרות בין צרכני החשמל למוכריו – הברוקרים של החשמל.

לצורך זה יצוייד כל בית במערכות מניית חשמל חכמות SMART METERS, המסוגלות למדוד את החשמל הנצרך בבית ואף ללמוד את הרגלי צריכת החשמל בבית לאורך ימות השנה. יתרה מכך, המונים החכמים יוכלו למדוד בזמן אמת את כמות החשמל המוזרמת לרשת ממערכות סולריות/רוח על גג ביתו של הצרכן ויצמידו לכל מעבר אנרגיה גם זמני יממה אמיתיים (במונים הקיימים אין משמעות לזמן הצריכה, למעט מקרים נדירים). חברת החשמל העתידית תקבל גישה למונים החכמים שבכל בתי האב של המדינה ותתחשבן עימם בכל רגע נתון על כמות האנרגיה שנצרכה על ידם או ש'נדחפה' על ידם לרשת הארצית.

לפיכך, בזמן בו חברת חשמל אחת תדאג ליצירת חשמל וחלוקתו לבתים חברת חשמל אחרת תשלוט על הרשת החכמה ותווסת את זרימת האנרגיה בין מיליוני לקוחותיה תוך שהיא סוחרת עימם בתשלומים דינאמיים על האנרגיה הנסחרת.

קבלו ח"ח – חשמל חכם

המונים החכמים יוכלו לקבל הוראות ממערכות בקרה מרכזיות, בשיטה היררכית, על ניתוק מכשירים חשמליים מסוימים בבית – וזאת כמענה לבקשה להפחתת צריכת החשמל בחבל ארץ מסוים. למשל, אם תדע הרשת החכמה כי בבית מסוים נהוג להדליק את דוד המים החמים בין השעות: 06:00 ל- 08:00 בכל בוקר, היא תוכל לקבל החלטה להקטין את פרק הזמן הזה למשל לשעה אחת בלבד. בעת בקשה דחופה להפחתת אנרגיה. הרשת תדאג למזער את הפגיעה בלקוח ומנגד תפצה אותו בתשלום על הפגיעה בנוחיותו. גודל הפיצוי ייקבע בהתאם לחוזה העתידי שייערך בין כל צרכן לחברת החשמל שלו. לקוח שלא ירצה שיחדרו לפרטיותו ישלם ביוקר על החשמל הנצרך על ידו, בעוד שלקוח המוכן להתפשר על נוחיותו ישלם בזול או אף יפוצה!

כניסתן הצפויה בעתיד הקרוב של המכוניות החשמליות לשוק הרכב: ברור שאין צורך בהטענה ממושכת של המצברים לאורך כל שעות הלילה. אם ייווצרו באיזור נתון שיאי ביקוש מעבר ליכולת הייצור המקומית, יהיה באפשרות הרשת החכמה 'לשאוב' אנרגיה חשמלית ממצברי המכוניות הנטענות בלילה ולעשות באנרגיה זו שימוש לאספקת אותם שיאי ביקוש פתאומיים. בעלי הרכבים החשמליים ידעו כי הוזרם חשמל ממצבריהם ויפוצו בהתאם! בכל מקרה, לקראת השעה הצפויה של יציאת כל אחד לעבודה, יהיה על הרשת החכמה להספיק ולהטעין את מצבריהם כך שלא ייפגע סדר יומם.

תעבורת המידע ברשת החשמל

בכל בית ייכנסו מלבד המונה החכם גם חמישה עד עשרה חיישנים שיוצמדו לצרכני האנרגיה הגדולים בבית (מזגן, דוד, תנורים, וכו') ולספקי האנרגיה הביתיים (מערכת סולרית/רוח) וידווחו בזמן אמת על תעבורת האנרגיה בבית.

תעבורת המידע ברשת החכמה צפויה להיות גדולה פי 10 לפחות מכל רשת אינטרנטית קיימת ותתבצע על גבי חוטי החשמל של הרשת, (בעזרת סיבים אופטיים המוצמדים כבר כיום לקוי רשת, או בצורה אלחוטית.) ועדיין לא הזכרנו את בטיחות המידע ברשת החכמה ואת יכולת הישרדותה במקרי חירום, בפרט במדינה קטנה כשלנו השוכנת בין שכנים עוינים.

לסיכום, הרשת החכמה תאפשר לווסת מרחוק את כל הפעילות הנדרשת החל משלב היצור, המשך במערכת ההולכה ועד לצרכן הקצה, הביתי או העסקי – וגם לקבל ממנו נתוני דרישה וצריכה של חשמל. טכנולוגיות הרשת החכמה ייעלו משמעותית את ייצור החשמל תוך שילוב מקורות אנרגיה בני קיימא ויתרמו להפחתת פליטות גזי חממה. אין ספק שיעד זה מחייב השקעה כבדה בתשתית, וזו תאפשר בניית אלמנטים חדשים שיהוו את המסד לרשת החשמל ה"חכמה" העתידית.

הכותב הוא דיקן הפקולטה להנדסה במכון הטכנולוגי חולון – HIT