ההייפ מסביב למכונית החשמלית נמצא כבר איתנו כמה שנים טובות. מותגים חדשים שמעולם לא הכרנו מצטרפים יום-יום, המכירות נוסקות, השיאים נשברים.
אך, האם ישראל מוכנה להצפה של מכוניות חשמליות? האם יש כאן בכלל מספיק ייצור חשמל להחלפת כל צי הרכב במכוניות צורכות חשמל? ואם הייצור מספק, מה אם חלוקת החשמל? האם קיימת פריסה הולמת של אמצעי העברת חשמל כדי להעביר הספק הדרוש למטענים מהירים?
לדעתי, נכון להיום, שתי התשובות שליליות ולטובת אלו שלא למדו חשמל או פיסיקה אסביר קודם את ההבדל בין שתי השאלות.
על הההבדל בין כמות מטען חשמלי להספק
זה המקום להתנצל לאלו מבין הקוראים שיודעים היטב מהי אנרגיה וכיצד היא נמדדת ומהו הספק ואיך מודדים אותו. קוראים אלו מוזמנים לדלג על הפרק הזה, כי אני עומד להעביר בו שיעור קצר וממצה שיבהיר גם לבוגרי שלוש יחידות בפיסיקה, שהעתיקו במבחן הבגרות, מה הם הקוט"שים שאנחנו מדברים עליהם ומה ההבדל בינם לבין "סתם" קילוואטים.
דמו לעצמכם בריכה בגודל של 10 מטר אורך, 1 מטר רוחב, 1 מטר גובה. סה"כ ניתן למלא בבריכה הזו עשרה מטר מעוקב מים (האיסנטלטורים שבינינו, יקראו לזה עשרה קוב), או במילים אחרות, עשרת אלפים ליטרים.
כשהבריכה מלאה, זו כמות המטען שלה (מים), עומד על עשרה מטר מעוקב, או עשרת אלפים ליטר מים.
מישהו מוכן לנחש כמה זמן ייקח למלא אותה? אל תנסו כי זה לא אפשרי לחישוב מבלי לדעת את לחץ המים, ואת עובי הצינור בו נמלא את הבריכה. אם זה יהיה בברז כיור, זה ייקח ימים ארוכים, בצינור השקיה הזמן יהיה קצר יותר ובצינור מכבי אש - הזמן יהיה קצר בהרבה. כדי לדעת לחשב את הזמן אנחנו צריכים להגדיר יחידה שמכונה הספק שהוא קצב הזרמת המים, כמה ליטרים מים, יכול צינור כלשהו להעביר ביחידת זמן, נאמר דקה. ברז בכיור יעביר למשל 10 ליטר לדקה לעומת צינור השקיה שיעביר 50 וצינור מכבי אש שיעביר 200 (אלו דוגמאות, לא נתוני אמת). ברגע בו יש לנו את ההספק נדע בדיוק כמה זמן ייקח למלא את הבריכה. ההספק כפול הזמן שווה לכמות המטען (מים).
אבל, לפי דוגמא זו, צינור מכבי אש שדרכו עוברים 200 ליטר מים בדקה, יעביר דרכו עשרת אלפי ליטר בחמישים דקות. בעוד שלצינור ההשקיה זה ייקח פי ארבעה, 200 דקות או שלוש שעות ועשרים דקות.
לכן אפשר להגיד שלצינור ההשקיה יש בלחץ נתון הספק של 50 ליטר מים לדקה ואם תפעילו אותו במשך עשר דקות, בבריכה יהיו 500 ליטר מים.
ונעבור לחשמל. ליחידת הספק חשמלית קוראים וואט. אלא שוואט היא יחידה קטנה, לכן נוצרה יחידה גדולה יותר והיא קילוואט שהיא אלף וואט. כשמזרימים זרם דרך כבלי חשמל, ממש כמו במקרה עם המים, לחץ המים (המתח החשמלי) וההתנגדות לזרימתו, ישפיעו על הקצב בו החשמל יזרום, או על ההספק החשמלי. הבריכה במקרה של מכונית חשמלית היא המצבר שאוגר את החשמל או צרכני החשמל בבית, כמו מזגני אוויר למשל. ליחידת ההספק כאמור קוראים קילוואט וליחידת כמות המטען החשמלית שנאגרת קוראים קילוואט שעה (קילוואט כפול מספר השעות שבה הוזרם חשמל בהספק הנתון ולא קילוואט לשעה כפי שקראתי לא פעם). וכפי שלימד אותנו צה"ל, לכל מכלול שיש יותר ממילה אחת מייצרים קיצור וקילוואט שעה בקיצור הוא קוט"ש.
צילום: Andrey
תחנת הכוח והמובילים
קודם שאלתי אם למדינה יש די יכולת ייצור חשמל כדי שיוכל לחשמל את מיליוני המכוניות החשמליות שתרוצצנה בכבישים? האם היא יכולה לספק מספיק קוט"שים? אני בספק. ולו הייתי אופטימי הרי השרב של תחילת החודש, זה שהשבית את החשמל אצל אלפי צרכנים ביתיים (בשעות בה התעשייה כבר לא עבדה) הראה לי את האמת העגומה. לחברת החשמל אין היום אפילו יכולת לספק די חשמל לצרכנים הישראלים בימים חמים מאוד. בעוד העולם ממשיך ומתחמם, ופחות מעשרה אחוז מצי הרכב בישראל הוא חשמלי.
זאת ועוד, בהנחה שיבנו כאן עוד שתיים או שלוש תחנות כוח בעשור הקרוב ובישראל יהיה ייצור חשמל שיתאים לעולם חם יותר עם הרבה יותר מכוניות חשמליות, עדיין נותרנו עם שאלת האם חלוקת הכוח, דהיינו פריסת הכבלים ברחבי ארץ תהיה כזו שניתן יהיה לספק דרכה די הספק חשמלי שיאפשר לתחנות טעינה מרובות בכל איזור ואיזור בארצנו להטעין מכוניות במהירות מספקת לכמות המכוניות שיצטרכו לכך? לא מדובר רק במקומות נידחים, אלא גם במגדלים שבהם גרים מאות אנשים ובחניוניהם חונות מאות מכוניות. האם תשתית החשמל שסופקה לבניינים האלו תהיה מסוגלת לספק מספיק חשמל אם חלק גדול של המכוניות יתחבר בעת ובעונה אחת למטענים? האם השנאים וכבלי החשמל שנפרסו לאורך כביש הערבה בואך אילת - יכולים לספק חשמל בהספק גבוה דיו? שימו לב, עמדת הטענה מהירה צורכת לפחות 50 קילוואט ומניסיון אישי אני יכול לספר לכם שבכביש הערבה כבר פעמיים נתקלתי בעמדות טעינה שהודיעו לי ש"אינן מסוגלות להטעין, כי אין להן מספיק כוח." הייתי צריך להמתין בסבלנות עד שצרכן חשמל אחר (שכמובן שאיני יודע מי הוא) הפסיק את הצריכה.
ומדוע חשוב כאן הספק גבוה? מצבר של מכונית חשמלית מכיל בסביבות 70 קוט"ש. בהטענה ביתית, של 10 קילוואט למשל, נחוצים 7 שעות להטענה מלאה, או שלוש וחצי להטענת חמישים אחוז במצבר. במידה ובנקודות ההטענה לא תהיינה תחנות המסוגלות לספק 70-80 קילוואט ויותר, זמן ההטענה וההמתנה לה, יהיה בלתי נסבל.
כבר ראיתי מספר פתרונות לבעיות אלו - קולטי שמש שיאגרו חשמל למצברים גדולים, גנרטורים חסכוניים בדלק שיטעינו מצברים והן יצרפו את ההספק שלהם להספק המגיע מרשת החשמל וכולי. בכולן יש בעיות מובנות. הראשונה משתמשת בכמות גדולה של מצברים יקרים, השנייה צורכת דלק פחמני, שלו היינו רוצים להשתמש בו, לא היינו מייצרים מכוניות חשמליות מלכתחילה.
אגירת חשמל בגלגל תנופה
לפני מספר חודשים, הציגו בפני פתרון יותר אלגנטי לאגירת חשמל, וכל ההקדמה התיאורטית בה פתחתי, לא באה אלא כדי להסביר לכם מה ההמצאה של חברת "זוז", סטארט אפ ישראלי מחשמל.
צילום: דני פרומצ'נקו
זוז, משתמשת בגלגלי תנופה (או יותר נכון גלילי תנופה) מפלדה והיא אוגרת אנרגיה קינטית (אנרגית תנועה) בשורה של גלילי מתכת כבדים. זוז, לא המציאה את הגלגל, גם לא את גלגל התנופה. הרי בכל מנוע בעירה פנימית יש גלגל תנופה שמשמר את התנועה שבין פעימת עבודה אחת לשנייה. יתרה מזה, בכל מכונית היברידית או חשמלית, מאז עלייתה של טויוטה פריוס לכבישי העולם, משתמשים באנרגיה הקינטית של המכונית עצמה כדי להטעין את המצבר בעת האטה או בלימה ולהשתמש בחשמל הטעון במצבר כדי להניע את המנוע החשמלי שמותקן במכונית. במכונית היברידית "טהורה", דהיינו לא כזו שנטענת גם דרך שקע, זו הדרך היחידה להטעין את המצבר.
צילום: דני פרומצ'נקו
חברת זוז הקימה עמדות טעינה, המחוברות לרשת החשמל. בעת בו העמדות אינן נדרשות לספק חשמל, מנועים חשמליים מאיצים את הגלילים הכבדים לסל"ד גבוה ביותר. אך, כשמכונית מתחברת לעמדת הטעינה, האנרגיה הקינטית האגורה בגלילים הופכת את המנועים לגנרטורים המספקים בחיבור טורי להספק הרשת אנרגיה משלהם. במילים אחרות, הגלילים הופכים חשמל לאנרגיה קינטית האגורה בגלילים וכשיש צורך לטעינה מכונית בהספק גבוה, האנרגיה הזו הופכת חזרה לחשמל. ממש כמו במכונית היברידית, בה המנוע משמש להאצת המכונית, אולם בעת בלימה, אותו מנוע הופך לדינמו המטעין את המצבר.
ניסוי בשטח
בתחנת הדלק דור אלון מול הכניסה לזיכרון יעקב הקימה החברה תחנת טעינה משל עצמה. התחברתי אליה עם מכונית חשמלית שמצברה הכיל כ-40 אחוז מיכולת הקיבול שלו. ההספק המקסימאלי אותו מקבלת העמדה מחברת החשמל עומדת על 35 קילוואט. הטעינה התחילה בכ-90 קילוואט, מה שהבטיח טעינה במהירות למעלה מכפולה.
צילום: דני פרומצ'נקו
ואכן, למרות שהספק הטעינה ירד ככל שהמצבר התמלא יותר (תהליך נורמאלי בכל מטען מהיר), הטענתי את הכמות אותה הייתי צריך כדי להגיע בביטחון למחוז חפצי בכ-15 דקות.
אני רוצה להוסיף שהביצוע ההנדסי של עמדת הטעינה, מרשים עוד יותר מהרעיון. לא אכנס למפרטים הטכניים, אך אכתוב שהתחשב בכמות האנרגיה שנאגרה בגלילים שעמדתי ממש לידם, השקט של עמדת הטעינה והעדר כל רעד בה - היה יותר ממרשים!
זה המקום לייעץ לנהגים המתכננים לרכוש רכב חשמלי, שכדאי לחסוך כסף וזמן ולהשתמש במטענים מהירים בצידי הדרכים כדי להטעין את המצבר במטען חשמלי המאפשר להם להגיע בביטחון למחוז חפצם ולאו דווקא ב-100 אחוז. עלות החשמל במטען הביתי נמוכה משמעותית מזו שבמטענים המהירים וכמובן, טעינה של מצבר לעד למלוא הקיבול שלו תערוך הרבה יותר - אם די בנאמר שלושים אחוז טעינה להגיע הביתה.
צילום: עמית אגרונוב
