משק חשמל

משק חשמל הוא המשק של האנרגיה החשמלית (להלן "חשמל"), וכולל את מתקני ייצור החשמל, ההולכה והצריכה של חשמל.

סכמה של משק חשמל

מאפייני משק חשמלעריכה

מאפיינים ייחודייםעריכה

לחשמל כמוצר צריכה מספר תכונות ייחודיות:

  • נכון לעשור השני של המאה ה-21 חשמל כמעט ואינו ניתן לאחסון.
  • תהליך הייצור, בקרת האיכות והשינוע של המוצר לצרכן נעשים בו זמנית.
  • גודל השוק מוגדר רגעית בכל רגע נתון.
  • שינוי גודל השוק מחייב התאמה תמידית ומהירה של כל המערכת.
  • למשק החשמל חשיבות אסטרטגית עליונה לפעילותו ולהישרדותו של המשק כולו.
  • בשל היותו מוצר חיוני ביותר המערכת חייבת להיות בנויה לייצור עודף, למקרה של תקלה ביחידת ייצור.

ייצורעריכה

  ערך מורחב – ייצור חשמל

מרבית ייצור חשמל מתבצע בתחנות כוח, וחלקו הקטן באמצעות גנרטורים שאינם חלק מתחנת כוח. חלק מהייצור מבוסס על שריפת דלק מאובנים וחלק על אנרגיה מתחדשת.

לייצור החשמל שני מדדים חשובים: יכולת הייצור וגיוונו.

  • כושר ייצור או יכולת יצור החשמל של המשק חייבת לענות על הצריכה, ולכן מקובל שבמשק החשמל תהיה יכולת ייצור עודפת של 20%.[1]
  • גיוון מערכת הייצור מתבטא ביכולת לייצר חשמל בהסתמך על מקורות אנרגיה שונים, כך שבמצב בו מקור אנרגיה מסוים אינו יכול לשמש לייצור החשמל (למשל תחנת כוח פוטו-וולטאית בשעות הלילה) עדיין נשארת מספיק יכולת ייצור על מנת לספק את צורכי המשק.

הולכהעריכה

החשמל מובל מתחנות הכוח אל הצרכנים הסופיים באמצעות רשת חשמל נייחת, המורכבת מאמצעי השנאה וקווי הולכה.

צריכהעריכה

חשמל הוא מוצר צריכה שנמצא בשימוש נרחב מאז ראשית המאה ה-20. עבור רוב הצרכנים מדובר במוצר חיוני, ועבור חלק אף קריטי. התשלום על צריכת החשמל יחסי לכמות החשמל שנצרך.

צריכת חשמל משתנה מאוד בהתאם לשעות היממה ולעונות השנה. במדינות בהן האקלים קר, בהן נמצאת רוב אוכלוסיית העולםיפן במזרח ועד ארצות הברית במערב), צריכת החשמל הגבוהה ביותר מתרחשת בחורף.

התכונה החשובה ביותר של הצריכה של משק חשמל היא שיא הצריכה. שיא הצריכה מתרחש בקיץ או בחורף - בהתאם לגאוגרפיה של המדינה, ומושפע ממזג האוויר (מזג אוויר קיצוני מגדיל סיכוי לשיא), ומשינויים במשק כגידול במספר הצרכנים מול התייעלות מכשירי חשמל (שמצמצמת את צריכת החשמל). שיא הצריכה הוא תופעה קצרת מועד, המתרחשת מספר שעות או אף מספר דקות בשנה.

משק איעריכה

מטעמי נוחות מקובל להתייחס לכל מדינה כבעלת משק חשמל משלה. בפועל, חיבור רשתות חשמל של מדינות שונות מהווה יתרון משמעותי בשל ההבדלים בשעות הצריכה הנובעים ממרחקים גאוגרפיים. באופן זה, יכולות מדינות להסתמך זו על יכולת הייצור של זו, ולצמצם את ההשקעה בתחנות כוח.

במדינות אשר כלל אינן מחוברות חשמלית למדינות שכנות או שמחוברות באמצעות חיבור אחד בלבד (שעלול לקרוס בעת תקלה) מכונה משק החשמל "משק אי". המשמעות העיקרית של היות משק חשמל משק אי היא שעל המדינה לקיים יכולת ייצור חשמל שתענה על כל צורכי המשק בכל עת. הדבר מחייב הן הקמת מערכת כזו, והן הגנה עליה שכן קריסת רכיב אחד במערכת עלולה להוביל במהירות לקריסת המערכת כולה.

קריסה של משק חשמלעריכה

כמוצר, לחשמל שתי תכונות עיקריות המאפשרות את השימוש בו: מתח חשמלי ותדר נקובים וקבועים. כל סטייה מהערכים הללו עלולה לגרום לנזקים לציוד הכלול במשק החשמל - החל מתחנות הכוח וכלה במכשירי החשמל בצד הצרכן.[2]

משק חשמל תקין עובד ב"נקודה יציבה", בה ייצור החשמל מושווה לצריכתו, באמצעות מערכת בקרה, והמתח והתדר נשארים קבועים. אירוע פתאומי אשר פוגע בחלק ממערכת הייצור או ההולכה (למשל רעידת אדמה שתוציא מכלל פעולה מספר תחנות כוח) עלול להוציא את מערכות הייצור וההולכה מהנקודה היציבה, ולגרום שינויי מתח ותדר שיחוללו נזקים מכניים נרחבים בכל משק החשמל ובפועל ישביתו אותו עד לתיקונם. על פי ההערכה, תיקון משק חשמל שקרס כליל אמור להמשך שבועות עד חודשים.[3] נכון להיום טרם התרחשה קריסה בסדר גודל כזה.

גם במצבים בהם הדרישה לצריכת חשמל עולה על יכולת הייצור קיימת הסכנה של יציאת המערכת מיציבות. במקרים כאלה, מבוצעת במערכת השלת עומסים על מנת למנוע קריסתה המוחלטת. מצבים כאלו התרחשו למשל ביולי 2012 בהודו, ובבפברואר 2021 בטקסס.

מודל כלכליעריכה

מדינות שונות מקיימות מודלים שונים למשק החשמל שלהן. להמודלים הנפוצים הם:

  • משק לאומי - המדינה אחראית (באמצעות חברה ממשלתית) על כלל משק החשמל.
  • משק פרטי - הן יצור החשמל והן חלוקתו מבוצעים על ידי גורמים פרטיים. במקרים כאלה מערכת הבקרה לרוב ממשלתית. שיטה זו מאפשרת תחרות בין השחקנים השונים במשק.

ראו גםעריכה

קישורים חיצונייםעריכה

הערות שולייםעריכה

  1. ^ על הנייר יש לישראל רזרבת ייצור חשמל מספקת, הבעיה שהיא מתאדה בחום, דבר העובדים בארץ ישראל, ‏2020-05-24
  2. ^ פורסם על ידי Arielsegal, איכות החשמל, סגל אריאל - הנדסת חשמל, ‏2016-01-24
  3. ^ "What Really Happened During the Texas Power Grid Outage? — Practical Engineering". Practical Engineering (באנגלית). בדיקה אחרונה ב-17 באוקטובר 2021.