האתגר המרכזי והרב-ממדי בתוכניות לפיתוח מערכות אנרגיה ממקורות מתחדשים הוא השאיפה להביא להיקף מרבי של מערכות מותקנות תוך השגת ביטחון אנרגטי ושמירה על שטחים פתוחים ומערכות אקולוגיות רגישות. ניתן לגבש אסטרטגיה הנותנת מענה לאתגר מורכב זה באמצעות בחינה המשלבת ניתוח גאוגרפי, אנרגטי וכלכלי של מערכות האנרגיה בתוך תחומי היישובים והערים. מאמר זה מציע מודל רב-תחומי כבסיס להעצמה של הרשויות המקומיות והיישובים בחבל תקומה כשחקנים חדשים בתחום של אנרגיה ממקורות מתחדשים. המודל "נתפר" עבור התוכנית האסטרטגית לשיקום ולפיתוח של חבל תקומה כדי לאפשר ייצור סולרי מרבי בדו-שימוש, תוך שמירה על האופי החקלאי ועל השטחים הפתוחים הנרחבים בחבל. נוסף על כך, המודל מאפשר לחשב כמותית את הספק האגירה הנדרש להשגת עצמאות אנרגטית (היכולת של היישוב לספק לעצמו את מרבית האנרגיה הנדרשת) ולחוסן האנרגטי (היכולת של היישוב לספק את צריכת האנרגיה הבסיסית ללא תלות ברשת בזמני חירום) של יישובי החבל. מניתוח המאפיינים שנבחנו עולה כי פוטנציאל ההספק הסולרי בחבל מסתכם בכ-577 מגה-ואט, שהוא כמחצית ההספק של תחנת הכוח הגדולה ריינדיר, שאושרה לאחרונה להקמה במרכז הארץ. ההספק והקיבולת של מערכות האגירה הנדרשים לטובת השגת עצמאות אנרגטית מְרבית הם 162 מגה-ואט. הקמת מערכות בסדר גודל זה תוביל את מרבית היישובים לעצמאות אנרגטית מלאה בעלות כוללת של כ-4.3 מיליארד ש"ח, כמיליארד ש"ח פחות מהחלופה המבוססת אנרגיה שמקורה בדלקי מחצבים. ממוצע עלות העצמאות האנרגטית לנפש לשנה עומד על כ-3,000 ש"ח, והחציון על כ-2,200 ש"ח, למשך 25 שנה. כדי שפרויקט זה יהיה כדאי ליזמים, הממשלה נדרשת לתמוך ב-20% מעלותו. הקמה של מערכות שיספקו רק 20% מהדרישה האנרגטית תעלה כמיליארד ש"ח. ניתן להרחיב את השימוש במודל זה גם לאזורים אחרים בארץ, ובפרט לסייע לשיקום ולפיתוח של יישובי קו העימות בצפון.
מבוא
תהליכי קבלת החלטות בתחום האנרגיה נעשים לרוב מתוך ראיית הצרכים הלאומיים ובראייה משקית, לעיתים תוך שימת לב פחותה לצרכים המקומיים [8]. כך, למשל, מקודם בחבל מימוש פוטנציאל משמעותי של אנרגיה ממקורות מתחדשים באמצעים קרקעיים באמצעות אסדרת מקרקעין. דבר זה עשוי להשפיע על כ-8% מסך השטח של חבל תקומה כפי שמופיעים בתוכנית האסטרטגית של מִנהל התכנון. שטח זה שווה לכ-15% מהשטח החקלאי של האזור [5]. נוסף על כך, מתוכנן דו-שימוש בקרקע לייצור אנרגיה מהשמש ולחקלאות (מקור אגרו-וולטאי).
פרסום
מאז פרוץ מלחמת חרבות ברזל הזרקור של התקשורת, האקדמיה ומקבלי ההחלטות מופנה אל שלוש מגמות מרכזיות בתחום של אנרגיה ממקורות מתחדשים. ניתן לרתום את המגמות האלה לטובת עיצוב העתיד האנרגטי של חבל תקומה, תוך מיקוד בצרכים המקומיים:
- מַעבר לשוק מבוזר של אנרגיה ממקורות מתחדשים [12] – ישראל מאופיינת במערכת ייצור אנרגיה ריכוזית, הנשענת על מספר מצומצם יחסית של אתרים בעלי כושר ייצור גבוה. עובדה זו חושפת אותה לאיומים אנרגטיים, בהם איום הטילים והרקטות, אסונות טבע ושינוי האקלים, איומי סייבר והפרעות אלקטרו-מגנטיות. שתי הדרכים המרכזיות להתמודד עם האיומים האלה היא מעבר לייצור חשמל מבוזר בקרבת אזור הצריכה [4] וגיוון מקורות האנרגיה [3].
- עצמאות אנרגטית וחוסן אנרגטי [13] – שיח ער בתקשורת על אודות הפסקות חשמל ממושכות ("תרחיש העלטה") העלה לתודעה הציבורית את האפשרויות של כל אזרח או משק בית או יישוב לייצר לעצמם חוסן אנרגטי באמצעות ייצור האנרגיה הדרושה להם למשך מספר ימים ואף יותר מכך – לעבור לעצמאות אנרגטית כך שכל משק בית או יישוב יכול לספק לעצמו את כלל הדרישה האנרגטית.
- הרשות המקומית כשחקנית מפתח בתחום של אנרגיה ממקורות מתחדשים [10, 18] ‒ משרד הפנים ומשרד האנרגיה והתשתיות אישרו בדצמבר 2023 לרשויות מקומיות להקים תאגידי אנרגיה ממקורות מתחדשים. העיר אופקים היוותה את הסנונית הראשונה שקידמה הסכם להקמת התאגיד בתחומה, בשילוב חברה פרטית.
שלוש המגמות הללו מחדדות את צורך לאמוד את הפוטנציאל של הערים והיישובים בישראל לספק לעצמם את הדרישה האנרגטית במלואה ממקור מתחדש. גוף המחקר בתחום העצמאות האנרגטית הסולרית מצומצם, מכיוון שלמרבית המדינות המפותחות יש תמהיל אנרגיה ממקורות מתחדשים הכולל בתוכו אנרגיה שמקורה ברוח, במים ובביומסה [9, 19].
המאמר שם בקדמת הבמה את יישובי חבל תקומה כסוכני שינוי בתחום האנרגיה, באמצעות ניסוח של חזון אנרגטי חדש לחבל תקומה – עצמאות אנרגטית שמבוססת אנרגיית השמש, בהובלה של הרשות המקומית, היישוב או הקהילה. לשם קידום של חזון זה פותח מודל גאוגרפי-אנרגטי-כלכלי אשר: א. בוחן את היכולת של יישובי תקומה לספק לעצמם את מלוא הדרישה האנרגטית באמצעות ביזור ייצור החשמל בתוך המרחב המבונה; ב. בוחן את המשמעויות הכלכליות של 100% עצמאות אנרגטית מבוססת אנרגיה סולרית ואגירה, תוך השוואה לחלופה של דלקי מחצבים; ג. מברר את גובה התמיכה הנדרש מהמדינה להקמת המערכות העצמאיות תוך שמירה על רווח בפרויקט; ד. מאפיין את הטיפולוגיה היישובית שניתן להשיג בה את העצמאות הזו.
המודל המוצג במאמר זה יסייע במיקוד תהליכי קבלת החלטות לצורך המקומי, לטובת כלל האינטרסים במרחב ותוך העצמה של הקהילות המקומיות ושמירה על השטחים החקלאיים והפתוחים של חבל ארץ זה.
שיטות
המונחים "עצמאות אנרגטית" ו"חוסן אנרגטי" נעדרים הגדרה מוסכמת [16]. העבודה הנוכחית מתמקדת בעצמאות אנרגטית שהוגדרה כיכולת של יישוב לספק לעצמו את כלל הדרישה האנרגטית היממתית באמצעות מערכות סולריות מבוזרות במרחב המבונה ובשימוש בהיקף אגירה המותאם לדרישה בשעות החשכה. בחירום הדרישה האנרגטית צפויה להיות נמוכה משמעותית מהדרישה האנרגטית בשגרה.
כריית נתונים גאוגרפיים ועיבודם – מאגרי מידע זמינים המשתמשים בשכבות מידע ארציות מוסכמות ואחידות (בסיס הנתונים הטופוגרפי הלאומי [בנט"ל] של המרכז למיפוי ישראל [2]) הותאמו באמצעות מערכת מידע גאוגרפי (GIS) ייעודית לתחום האנרגיה. סוג המבנה משפיע על אחוז הגג הפנוי שלו (ראו נספח 1), בעוד ששטח הגגות הכולל משפיע על פוטנציאל הייצור, ובהינתן היקפי האגירה מספקים, קובע את מידת העצמאות האנרגטית של היישוב.
- המודל האנרגטי (איור 1) ‒ עבור כל יישוב נבנה מאזן אנרגיה שבחן את צריכת האנרגיה היישובית השעתית אל מול פוטנציאל הייצור השעתי באמצעות המערכות הסולריות ואגירה.
- המודל הכלכלי (איור 1):
- ניתוח הכדאיות הכלכלית של המערכות הסולריות (בהתאם לתמהיל פוטנציאל הייצור) ושל מערכות אגירה מייצגות [7] מבחינת בעלי הפרויקט.
- ניתוח ברמת החבל המתייחס לעלות ולתועלת למשק ממעבר לאנרגיה ממקורות מתחדשים, כולל אומדן של העלויות החיצוניות מזיהום אוויר וגזי חממה, והערכה של התמיכה הממשלתית הנדרשת להקמת מלוא הפוטנציאל הסולרי ומתקני האגירה.
לפירוט נוסף ראו נספח 1.
איור 1
תרשים זרימה של המודל הגאוגרפי-אנרגטי-כלכלי המאפשר ניתוח של מספר רב של פרויקטים סולריים פוטנציאליים קטנים עבור בעל הפרויקט ועבור המשק, וקבלת החלטות באשר לגובה התמיכה הממשלתית הנדרשת בהקמה של עצמאות אנרגטית ברמה היישובית
תוצאות
פיתוח כלים גאוגרפיים ואנרגטיים זמינים ומונגשים
תוצאות הניתוח הגאוגרפי עבור חבל תקומה והעיר נתיבות מונגשות באינטרנט, באמצעות "אתר המפות הממשלתי" בשכבת "פוטנציאל להפקת אנרגיה מתחדשת" [1] המאפשר תצוגה של שטח, שימוש וגובה לכל מבנה ומכלול (השטח שמסביב לשימוש מסוים ובזיקה אליו, למשל, חצר בית ספר). החלוקה לכמות החשמל שניתן לייצר בחלוקה לסוגי המבנים השונים מונגשת באתר המשרד להגנת הסביבה תחת הכותרת "כלי חישוב פוטנציאל אנרגיה מתחדשת בדו-שימוש – חבל תקומה".
הפוטנציאל הסולרי הכולל בדו-שימוש בחבל תקומה מסתכם בכ-577 מגה-ואט. הספק זהגבוה פי שניים מהצריכה העצמית של החבל, ולשם השוואה, שווה לכמחצית מההספק של תחנת הכוח ריינדיר – תחנה מבוססת גז שהקמתה במרכז הארץ אושרה באפריל 2024. 84% מהפוטנציאל הסולרי בחבל תקומה נמצאים מעל מבני תעשייה, מסחר ושירותים (32%), רפתות ולולים (23%), מגרשי ספורט, חצרות מוסדות ציבור וחניונים שדורשים קירוי (17%) ומבני מגורים (12%). לעומת זאת, ברמה הארצית 80% מהפוטנציאל האנרגטי נמצאים דווקא על מבני מגורים [7]. כדי לענות על 100% מהצריכה בשעות ללא ייצור סולרי נדרשים קיבולת אגירה (נפח) של כ-856 מגה-ואט שעה והספק של כ-162 מגה-ואט.
היתכנות לעצמאות אנרגטית מבוססת 100% אנרגיית שמש ליישובי תקומה
מניתוח מאזן האנרגיה (איור 2) עולה כי 80% מהיישובים בחבל תקומה יכולים להגיע לעצמאות אנרגטית מלאה – לספק לעצמם 100% מהדרישה האנרגטית ללא תלות ברשת, 9% יכולים לספק לעצמם 70% מהדרישה האנרגטית, 8% יגיעו לפחות ל-50%, ו-3% יספקו לעצמם פחות מ-50% מהדרישה (איור 3). נוסף על כך, חשוב לציין כי התמקדנו בייצור חשמל במרחב המבונה בלבד, ולא הבאנו בחשבון ייצור בדו-שימוש בשטחים חקלאיים ועל גדרות היישובים, שיכול להוביל לאחוזי עצמאות אנרגטית גבוהים עוד יותר.
איור 2
פעילות המערכת הסולרית ומערכת האגירה במודל עצמאי ללא הזנה מהרשת ביום חורף מייצג בחלוקה ל-24 שעות ‒ השוואה בין יישוב עירוני (שדרות) ליישוב כפרי (נחל עוז)
משעות הבוקר ועד אחר הצהריים, 8–16, יש ייצור אנרגיה סולרית שחלקה נצרכת, חלקה טוענת את הסוללה וחלקה מוזרמת לרשת אם יש עודפי ייצור. משעות אחר הצהרים ועד הבוקר, 17–7, הצריכה האנרגטית נמוכה ומסופקת על-ידי פריקה של הסוללה ממערכות אגירה.
איור 3
אחוז העצמאות האנרגטית לפי יישוב
בירוק יישובים המגיעים ל-100% עצמאות אנרגטית, בצהוב יישובים המגיעים ל-100%‒70, ובאדום יישובים המגיעים לפחות מ-50% עצמאות אנרגטית.
נתוני המיפוי: הבנט"ל, המרכז למיפוי ישראל. עיבוד והפקה: מרכז מידע גאוגרפי. מודל אנרגטי וכלכלי: EcoTraders.
פרסום
כמה עולה עצמאות אנרגטית ברמת היישוב?
עלות הקמת כלל המערכות הנדרשות ביישוב תלויה בהתפלגות גודלי המערכת ביישוב, באחוז המערכות הסולריות הדורשות בנייה של קונסטרוקציה ייעודית (המכפילה את עלות הפרויקט) ובגודל מתקן האגירה המוערך. לדוגמה, בהשוואה בין שדרות לבין נחל עוז, סך פוטנציאל הפקת האנרגיה הוא 96.6 ו-9.3 מגה-ואט, נדרשת אגירה בהספק של 50 ו-0.8 מגה-ואט, השקעת הון של כ-312 וכ-28 מיליון ש"ח במערכות סולריות, כ-346 וכ-6 מיליון ש"ח במערכות אגירה, וכ-89 וכ-6 מיליון ש"ח בקירוי, סך הכול 1,200 ו-3,700 ש"ח לנפש לשנה, למשך 25 שנה, בהתאמה. יתרת העלות נדרשת לאורך חיי המתקנים לצורך תחזוקתם, ועומדת על כ-58 מיליון ש"ח וכ-3.5 מיליון ש"ח למערכות סולריות ועל כ-55 וכ-1 מיליון ש"ח למערכות האגירה, בהתאמה. נמצא כי מערכות הצללה ומערכות אגירה דורשות תמיכה ממשלתית, בעוד שמרבית הפוטנציאל ניתן להקמה ללא תמיכה ממשלתית. התקנת מערכות כך שיספקו 20% אנרגיה בלבד בחירום או בתרחיש העלטה תעלה כ-20% מהסכומים המפורטים, כך שמערכות האגירה עבור שדרות יעלו כ-68 מיליון ש"ח (לעומת 346 מיליון ש"ח) כהשקעת הון בהקמת המערכות, ועלות תחזוקתן לאורך חייהן תעלה עוד כ-11 מיליון ש"ח. את סיכום העלויות עבור כל יישוב, גם ברמה של עלות לנפש למשך שנות הקיים של הפרויקט, ניתן למצוא בנספח 2. ממוצע עלות העצמאות האנרגטית לנפש לשנה עומד על כ-3,000 ש"ח, והחציון על כ-2,200 ש"ח, למשך 25 שנה.
כמה עולה עצמאות אנרגטית ברמת החבל?
תוצאות הניתוח הכלכלי ברמת החבל מראות כי סך עלויות ההקמה והתחזוקה למשך 25 שנה עומדות על כ-4.3 מיליארד ש"ח. עלות המערכות הסולריות במיליארדי ש"ח היא 1.4 ( 0.4 עבור תחזוקה), עלות האגירה כ-1.3 (0.4 עבור תחזוקה), עלות הקונסטרוקציות 0.4, ועלות ההיתרים והתשתיות כ-0.4. הקמת מערכות סולריות על גגות ששטחם עולה על 70 מ"ר (גודל הגגות שנכנס למודל) כדאית ליזם ואינה דורשת תמיכה ממשלתית. כדי להביא לרווחיות מקובלת – תשואה שנתית של כ-14% למערכות סולריות וכ-10% למערכות אגירה – נדרשת תמיכה ממשלתית בסך 373 מיליון ש"ח בקונסטרוקציות ו-477 מיליון ש"ח באגירה (תמיכה של 40%).
דיון ומסקנות
בניית תשתית ידע לקראת "תור הזהב" של הערים כשחקניות חדשות בתחום האנרגיה
פוטנציאל ההשפעה של הערים בתחום של אנרגיה ממקורות מתחדשים הולך ותופס תאוצה [14]. עם זאת, מחקר מדעי שמתמקד בעיר כשחקנית חדשה בזירה האנרגטית – דל [10]. הפריחה המאפיינת את תחום המודלים והנגשת המידע ברמה של בית פרטי, דוגמת כלי ה-Project Sunroof של חברת גוגל [17] וכלי ה-RVO של ממשלת הולנד [11], טרם מצאה ביטוי מקביל ברמת השלטון המקומי. ב-2022 פותַח במשרד האנרגיה מדד [6] המאפשר לעקוב אחר מימוש פוטנציאל בדו-שימוש בכל רשות ורשות, במטרה לדרבן רשויות להגיע למימוש פוטנציאל שטחן. הכלי שמוצג במאמר זה מאפשר, ברמה של הרשות המקומית, תכנון וקבלה של החלטות אופרטיביות בכל הנוגע לעצמאות אנרגטית, כולל היבטים כלכליים.
טיפולוגיה יישובית כמנבאת עצמאות אנרגטית מבוססת שמש
מחקר בארה"ב הראה כי עד כה יישובים הנשענים על 100% אנרגיה ממקורות מתחדשים (מקורות מגוונים, לא רק שמש) מאופיינים בגודל קטן יחסית של 800–50,000 תושבים [13], סקאלה שמתאימה ברובה לחבל תקומה (היישוב הגדול בחבל, נתיבות, מונה כ-37,000 תושבים, ו-20% מהיישובים הם מתחת ל-800 תושבים). נוסף על כך, מחקר על ישימות כלכלית של עצמאות אנרגטית ביישובים מרוחקים בסין הראה תחשיב כלכלי דומה בנוגע לשנות ההחזר ולגובה התמיכה הממשלתית הנדרשת [19]. שדרות יכולה להגיע ל-87% עצמאות אנרגטית בחורף, כשהצריכה העירונית כוללת גם את הצריכה של אזור התעשייה של העיר, בעוד שנתיבות יכולה להגיע ל-100%, בתנאי שתקָרֶה שטחי ציבור משמעותיים שיש בתחומי העיר. חצי מהיישובים שיש להם שטח של 20–50 מ"ר לאדם שניתן להתקין עליו פאנלים סולריים יכולים להגיע לעצמאות אנרגטית שמקורה בשמש, בעוד שכל היישובים בחבל ששטח הגג שלהם לאדם הוא 50 מ"ר ומעלה הם בעלי פוטנציאל לספק לעצמם את כלל הדרישה האנרגטית (שכוללת דרישה של אזורי תעשייה) מהגגות. ברמת החבל, כלל החבל יכול להגיע לעצמאות אנרגטית ולייצא כמחצית מפוטנציאל הייצור מחוץ לחבל. איור 3 מראה כי טיפולוגיית היישובים שפוטנציאל הייצור הסולרי בדו-שימוש בהם אינו עונה על הדרישה, הם מושבים חקלאיים קטנים בעלי מיעוט מבני ציבור ומבני תעשייה ומסחר.
עלות חלופת העצמאות האנרגטית בדו-שימוש אל מול חלופת דלקי המחצבים
הכלי שפותח במסגרת המאמר מציג עלות לא מבוטלת עבור הקמה של מערכות סולריות ואגירה ברמה של כל יישוב ויישוב וכן ברמת החבל כולו. בהשוואה לחלופת דלקי המחצבים בהספק 577 מגה-ואט, הקמת המערכות סולריות ואגירה בתקומה תוביל לחיסכון משקי משמעותי העולה על עלויות הקמתן ותפעולן, זאת נוסף על התועלת ליישוב מהעצמאות האנרגטית ועל התועלת לבעלי הפרויקטים מהרווחים הנובעים מהפעלת המערכות, על התועלת לביטחון האנרגטי ומביזור מקורות האנרגיה והתשתיות. החיסכון נובע מהפחתת הייצור בתחנות הקונבנציונליות, ועומד על 5.2 מיליארד ש"ח ‒ כמעט מיליארד ש"ח יותר מעלות הפרויקטים, מתוכם, כ-0.9 מיליארד ש"ח חיסכון בהשקעות הון בהקמת התחנות, כ-0.1 מיליארד ש"ח חיסכון בתפעול ובתחזוקה של התחנות, 1.8 מיליארד ש"ח בעלויות הדלק ו-2.4 מיליארד ש"ח בעלויות חיצוניות של זיהום אוויר וגזי חממה. החיסכון חושב כך שהאנרגיה הנפרקת ממתקני האגירה מחליפה יחידות המייצרות בשעות הפסגה (מחז"פ) והאנרגיה הנפרקת ישירות לרשת מהמערכות הסולריות מחליפה ייצור ביחידות המייצרות בשעות השפל (מחז"מ).
יישובי חבל תקומה עשויים להוות מודל לחיקוי בשנים הבאות והשראה לנושא של טרנספורמציה במישורים רבים, בהם טרנספורמציה עירונית-אנרגטית ויישום בפועל של מודל הרשויות המקומיות כיצרנים שהם הצרכנים (prosumers) [15]. הכלים שפותחו, המשלבים מידע גאוגרפי פרטני עבור כל יישוב ויישוב לצד מידע אנרגטי וכלכלי, מאפשרים לשים על שולחן הדיונים את היכולת של הרשויות המקומיות והיישובים בחבל תקומה לספק לעצמם את הדרישה האנרגטית במלואה, במודל המבטיח את מעורבות הערים והיישובים גם ברווחים הפוטנציאליים. התמיכה הממשלתית הנדרשת תקדם את יישום הפרויקט בפועל, שכדאיותו הכלכלית, בהשוואה לחלופת דלקי המחצבים, הודגמה ועומדת על כמיליארד ש"ח. ניתן לייצר הספק ואף עודפות אנרגטית משמעותית באמצעות שחקנים מקומיים חדשים, תוך שמירה על היצרנות החקלאית והשטחים הפתוחים.
