אנרגיה בת קיימא - ללא האוויר החם (ספר)

מתוך אקו-ויקי, מקום מפגש בנושאי אקולוגיה, חברה וכלכלה.
גרסה מ־19:54, 9 ביולי 2009 מאת Civitano de la tero (שיחה | תרומות) (יוממות במכוניות)
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

אנרגיה מתחדשת - ללאו האוויר החם (Sustainable Energy - without the hot air) הוא ספר עיון בנושא אנרגיה מתחדשת מאת דיוויד מקיי,David MacKay, פרופסור לפיזיקה מאוניברסטית קיימברדיג'. הספר שיצא לאור בדצמבר 2008, מנסה לבצע סדר בדיונים השונים אודות אנרגיה. בין היתר על ידי מתן עובדות ונתונים יבשים על הנושא, וניפוץ סיסמאות של הצדדים השונים בויכוחים על הנושא.

הספר זמין להורדה ברשת.

הספר מחולק ל-4 חלקים עיקריים. החלק הראשון מבצע השוואה כמותית בין צריכת האנרגיה בבריטניה (בממוצע לאדם) לבין פוטנציאל ניצול האנרגיה המתחדשת במדינה זו. החלק השני עוסק בצעדים לשיפור המצב - הקטנת הצריכה האנרגטית ופתרונות מתקדמים יותר כמו ייצור חשמל סולארי במדינה אחת והעברתו למדינה אחת. החלק השלישי של הספר הם נספחים טכניים לחלק הראשון. והחלק הרביעי הוא מידע שימושי וריכוז נתונים.

השוואה כמותית של צריכת אנרגיה מול ייצור אנרגיה מתחדשת

בחלק הראשון של הספר, מקיי מבצע השוואה כמותית בין כמות האנרגיה הנצרכת בשנה על ידי תושב בריטי ממוצע, לבין כמות האנרגיה המתחדשת הזמינה בבריטניה בהנתן הנחות שונות. מקיי מסביר איזה הנחות הוא לוקח בעת ביצוע החישובים שלו, ואיך מבצעים את החישובים. בחלק העיקרי של הספר הוא שומר על נוסחאות פשוטות של כפל וחילוק כמו - כמות האנרגיה הנצרכת בשנה על ידי נהג מכונית ממוצע = כמות הק"מ הממוצעת שאדם זה נוסע בשנה * צריכת הדלק הממוצעת לק"מ * צפיפות האנרגיה לליטר (כמה אנרגיה ניתן לנצל מליטר בנזין לדוגמה). בנספחים של הספר ניתן למצוא נוסחות מעט מסובכות יותר (ברמה של בוגר בית ספר תיכון) שמסבירות את הפיזיקה הבסיסית שמגבילה ומגדירה את היעילות והניצולת האנרגטית של ייצור או צריכת אנרגיה.

מקיי לא רק מספק המספרים אלא כאמור את הדרך לביצוע החישובים האלה, ונותן הערות קצרות לגבי הסיכויים לשינויים של נתונים מסויימים המרכיבים את המשוואה. לדוגמה פר ק"מ טיסה לאדם, מטוסים הם יעילים בערך פי 2 ממכוניות, אבל לא סביר שהיעילות האנרגטית של מטוסים תשתנה באופן דרמטי בגלל שהם כבר יעילים למדי.

מקיי לא מתחשב בחישובים שלו בעלויות כלכליות כי הוא רוצה לנסות להבין קודם כל כמה אנרגיה יש. אם יש יותר אנרגיה מתחדשת יחסית לצריכה, אז יש מקום לשאול איזה אנרגיה כדאי לפתח. אבל אם כמות האנרגיה הכוללת קטנה יותר מהכמות הנצרכת אזי ברור שיש צורך בשינוי.

כמו כן הוא משווה בין כל צורות האנרגיה השונות באופן שווה - כלומר אנרגיה כימית שמקורה בנפט לדוגמה, נמדדת באותן יחידות כמו אנרגיית חשמל. מקורות אחרים כמו סקר האנרגיה של חברת BP מבצעים המרות שונות (לדוגמה 3 יחידות אנרגיה כימית לקבלת יחידת אנרגיה חשמלית אחת) כדי לציין את אובדן האנרגיה כאשר רוצים להפיק חשמל מנפט לדוגמה. מקיי מציין כי ייתכן ובעתיד ירצו להשתמש בהמרה ביחס הפוך (להפוך חשמל לאנרגיה כימית) ולכן הוא מתייחס לכל המקורות בלי להתייחס לנושאים אלה.

שני הפרקים הראשונים של הספר מתארים את המוטיבציה לספר, והסברים על דרכי החישוב. כמו כן מוסברות יחידות המדידה וההבדלים בין אנרגיה לבין הספק (כמות אנרגיה ביחידת זמן). מקיי מודד את האנרגיה ביחידות של קילוואט-שעה, ואת ההספק ביחידות של קילווט-שעה ביום. המונחים האלה עלולים לבלבל אבל מצד שני הם מספקים אמת מידה שקל יחסית לדמיין ולאמוד אותה. נורת להט בת 40 וואט שדולקת 24 שעות צורכת 1 קילוואט-שעה ליום. כדי לאפשר השוואה קלה בין מדינות שונות, מקיי מחשב את הנתונים פר אדם (ולא נתונים כלליים לסך המדינה).

בשאר הפרקים של החלק הראשון מקיי מתאר לסרוגין הוצאות אנרגטיות ואנרגיות מתחדשות אפשריות: מכוניות, אנרגיית רוח (ביבשה), מטוסים, אנרגיית שמש כולל אנרגיה מביו-מאסה, חימום וקירור, אנרגיה הידרו אלקטרית, תאורה, אנרגיית רוח בים, מכשירי חשמל, אנרגיית גלי ים, צריכת אנרגיה במזון ובחקלאות, אנרגיית גאות, אנרגיה המושקעת במוצרים, אנרגיה גאו-תרמית, אנרגיה המושקעת בשירותים.

חישובי צריכת אנרגיה לפי סוגי צריכה

נתוני הצריכה אמורים לשקף את האזרח העמיד בצורה מתונה בבריטניה כיום (עמוד 22)- רמת צריכה שרבים שואפים אליה . הם לאו דווקא מייצגים את כל האוכלוסיה, ולא מתחשבים תמיד באורחות חיים או במזג האוויר וכו.

עם זאת, מקיי מבצע את החישובים בצורה מפורשת כך שלפחות חלק מהם ניתנים לבדיקה ולהתאמות שלהם לפי צריכה אישית, קבוצתית או לאומית, וכן לבצע התאמות בהתאם לשינויים טכנולוגיים.

יוממות במכוניות

בפרק 3, מחשב מקיי את האנרגיה לנסיעות יוממות במכונית.[1] כמות האנרגיה הנצרכת ביום = (מרחק נסיעה ממוצע ביום \ מרחק ממוצע ליחידת נפח) * אנרגיה בכל יחידת נפח.

מקיי מניח כי מרחק הנסיעה היומי הוא 50 ק"מ, כי המכונית היא נוסעת 12 ק"מ לליטר, הוא גם מניח כי דלק הוא בעל צפיפות אנרגיה של 10 קילוואט שעה לליטר. לכן אנרגיה ביום = 50 ק"מ ביום * 12 ק"מ לליטר \ 10 קילווט שעה לליטר = 40 קילוואט-שעה ליום. (0.8 קילווט שעה לק"מ)

לטענתו הכנת ליטר אחד של בנזין דורשת זרם נכנס של כ-1.4 ליטר של נפט ודלקים אחרים (כלומר 0.4 ליטר הולך לאיבוד בתהליך ההפקה). פרק 15 עוסק בייצור ובכלל זה בייצור מכוניות.

בפרקים מאוחרים יותר מקיי מתייחס לנסוע הממוצעת בבריטניה (כולל תחבורה ציבורית וכו'). לפי סקר יוממות לעבודה משנת 2001, 55% מהבריטים נוהגים במכונית, 6% מוסעים במכונית, 7% באוטובוס, 7% ברכבת, 2% באופניים, 10% ברגל, ו-95 עובדים בעיקר מהבית. יש לשים לב שהדבר לא כולל נסיעות יוממות ללימודים לדוגמה.

טיסה במטוסים

בפרק 5 מקיי מנסה להעריך כמה אנרגיה מוציא בממוצא אדם המבצע טיסה בין -יבשתית אחת בשנה?[2]

מטוס בואינג 7447-400, שמכיל 416 נוסעים, וטס למרחק של 14,000 ק"מ, צורך 240,000 ליטרים של דלק מטוסים. מקיי מניח 10 קילוואט שעה לליטר (הוא מצתעלם מכך שדלק מטוסים הוא באוקטן גבוה יותר). אם מחלקים את המחיר האנרגטי של 2 טיסות (הולך ושוב), בין הנוסעים מקבלים: 2* 240,000 ליטר * 10 קילוואט שעה לליטר \ 416 נוסעים ≈ 12,000 קילו-וואט-שעה לנוסע. (או 08.57 קילוואט שעה לק"מ)

אם מבצעים נסיעה אחת כזו בשנה מקבלים צריכת אנרגיה ממוצעת של 12,000 קילוואט-שעה\ 365 ימים בשנה ≈ 33 קילוואט-שעה ביום.

לשם הערכה כמה זה 14,000 ק"מ, טיסה לונדון- קייפ טאון היא 10,000 ק"מ ולונדון-לוס אנג'לס 9000 ק"מ. אפשר להעריך טיסה קצרה יותר כמו מעריכים טיסה של 10,000 ק"מ, ומצד שני המטוס כמעט לעולם אינו מלא תמיד ולכן מקיי מעריך תפוסה של 80%. ומגיע ל 29 קילוואט-שעה ליום. לשם נוחות הוא מעגל ל 30 קילוואט-שעה ליום.

חימום וקירור

חלק מהנתונים בפרק זה שונים למדי מחישוב נתונים דומים עבור אדם בישראל בגלל הבדלי אקלים.

חימום מים ביתי

חימום מים לרחצה

אמבט בגודל 50 ס"מ * 15 ס"מ * 150 ס"מ ≈ 110 ליטר. אם מניחים שהטמפרטורה של המים היא 50 °C, והמים שנכנסים מבחוץ הם בטמפרטורה של 10 °C ולכן צריך לחמם את המים בכ- 40 °C. הערך הקלורי של חימום מים במעלה אחת הוא 4,200 ג'אול לליטר.

40 ג'ול לליטר * 110 ליטר * 40 מעלות ≈ 18 מגה ג'ואל ≈ 5 קילו-וואט-שעה (קווט"ש) מקלחת של 30 ליטר באותו הפרש טמפרטורות משתמשת בכ- 1.4 קווט"ש.

תנורים וקומקומים

בנתונים הבאים מקיי משתמתש בהערכות שמתאימות למשק בית בן 2 אנשים.

במדינות עם מתח רשת חשמלית כללית של 230 וולט, יש בדרך כלל מגבלת זרם מותרת של 13 אמפר. יחד הדבר מביא להספק מקסימלי של 3 קילו-וואט. קומקום חשמלי הוא בעל הספק כזה כדי לקצר למינימום את זמן הרתיחה. קומקום חשמלי שעובד 20 דקות ביום צורך 1 קווט"ש ביום.

טוסטר וסליל בודד של טוסטר אובן הם בעל הספק של 1 קילו-וואט. פלאטה חשמלית היא בעלת הספק של 2.3 קילווואט, אם משתמשים ב-2 הסלילים בטוסר-אובן למשך חצי שעה ביום, הצריכה היא של 1.6 קווט"ש ביום.

תנור מיקרוגל עם כיתוב של הספק 900 וואט צורך למעשה הספק של 1.4 קילו-ווואט, אם משתמשים בו כ20 דקות ביום זה 0.5 קווט"ש ביום.

תנור אפייה רגיל צורך כ-3 קילו-וואט במלוא העוצמה. אם מתשמשים בתנור למשך שעה ביום, ומשך חצי מהזמן התנור הוא במלוא העוצמה, מדובר בכ 1.5 קווט"ש ביום.

מכונה לשטיפת כלים

הנחה שהיא בעלת הספק של כ 2.5 קילו-וואט. היא צורכת 1.5 קווט"ש ביום.

כביסה 

מכונת כביסה, בעלת הספק של כ 2.5 קילו-וואט. מכונת כביסה (לא ברור באיזה נפח) משתמשת ב80 ליטר מים בכיבוס, העלות האנרגטית היא כ-1 קווט"ש (אם מדובר בכיבוס ב40 מעלות , במפל טמפרוטרה של 30 מעלות) , לסבב יחיד מדובר ב-1 קווט"ש ליום.

מייבש כביסה חשמלי בעל הספק של כ 2.5 קילו-וואט, אם הוא עובד 40 דקות, צריכת האנרגיה שלו היא 1 קווט"ש ליום.

סה"כ חימום של מים (כולל כביסה, ובישול) - צריכה של כ-9.6 קווט"ש ליום לאדם (בהנחות על שימוש במיזוג, טמפרטורת מים ומשק בית בן 2 אנשים).

קירור

מקרר

בעל הספק של 0.02 קילו-וואט, פועל 24 שעות ולכן צורך 0.5 קווטש. מקפיא בעל הספק של 0.09 קילו-וואט, הוא פועל 24 שעות ולכן צורך אנרגיה בסך 2.3 קווט"ש ביום.

מזגן

הספר הוא לגבי ברטיניה ולכן ההנחה היא לגבי מזגן בעל הספק של 0.6 קילו-וואט, שפועל שעה ביום - כלומר 0.6 קווט"ש ביום.


חימום הבית

מקיי משתמש בשיטה הבאה להערכת כמות החימום - אם משתמש אחד זקוק לחימום נניח שהוא משתמש בתנור סליל שהוא בעל הספק של 1 קילווואט- למשך 24 שעות - צריכת אנרגיה של 24 קווט"ש ליום. זה נכון רק בחורף ולכן הוא מחלק את זה ב-2 - ומקבל 12 קווט"ש, אבל רוב האנשים מחממים יותר מחדר אחד כדי שהבית יהיה נעים - וכלן הוא מערך את צריכת החימום בבריטניה ב 24 קווט"ש ביום לאדם.

סה"כ חימום וקירור

סה"כ מקיי מחשב צריכה ביתית של חימום מים + קירור + חימום אוויר הבית = 9.6 + 3.4 + 24 = 37 קווט"ש ליום לאדם.

מקיי מנסה לאמת את הערכות שלו מול סטטיסטקה לאומית. בשנת 2000 הצריכה הממוצעת למשקי בית עבור חימום הבית, חימום מים ובישול בשנת 2000 היתה 21 קווט"ש לאדם, וצריכה בתחום השירותים של חימום, קירור וקייטרינג היתה 8.5 קווט"ש לאדם. הוא מעריך את צריכת הגז לאדם לשם חימום לפי ממוצא של אוניברסטית קיימברידג', לשנת 2006 - 16 קווט"ש לאדם ליום. הוא מסכם 21 +8.5 +16 ומקבל 45 קווט"ש ליום לאדם. זה קרוב מספיק להערכה שלו.

תאורה

בפרק 9 [3] עוסק מקיי בתוארה, המסקנה שלו - צריכה של 4 קווט"ש לאדם ליום.

מכשירי חשמל שונים

בפרק 11 בודק מקיי את צריכת אנרגיה של מכשירי חשמל כמו מסך טלוויזה, מחשב, טלפון סלולרי, שעונים וכו'.

מקיי יוצא נגד הרעיון של חסכון בקטן. חסכון של מטען סלולרי למשך יום שלם מתבזבז במשך שניה אחת של נסיעה במכונית.

מכשירים בעלי צריכת הספק גדולה בזמן פעילות הם מדפסת לייזר (500 וואט), מקרן (150), מסך קטודי (110) טלוויזיה (100) וקונסלולות משחקים (כ160), ומחשב (80). שואב אבק הוא בעל הספק של 1,600 ואט. מחשב עובד שאינו פעיל עובד ב כ80 וואט. במצב סטנד בי המכשירים נמצאים בין 10 בהספק של 10 וואט (טלביזיה) עד 2 וואט

מקיי מעריך שבית מלא במכשירי חשמל שנמצאים במצב סטנד ביי או במצב דלוק יכולים לדרוש סך של 5 קווט"ש לאדם ביום.

מזון

בפרק 13 מקיי מעריך את צריכת האנרגיה בתחום צריכת המזון, חוואות וחקלאות (למזון). [4]

אדם בעל משקל גוף של 65 ק"ג ובעל פעילות גופנית מתנוה צורך מזון בעל תכולת אנרגיה של 2,600 "קלוריות" ביום. "קלוריה" בתחום המזון היא בצעם קילו-קלוריה בכימיה. ולכן מדובר בכ 3 קווט"ש לאדם ליום. זו הצריכה המינמלית (לנתונים אלה). רוב האנריגה הזאת יוצאת החוצה בצורת חום ולכן מבחינה זו ניתן להשוות אדם לנורה בעלת הספק של מעט מעל 100 וואט. 10 אנשים בחדר יספקו חימום כמו תנור סליל אחד (בעל הספק של 1 קילו-וואט).

החישוב של כמה אנרגיה יוצאת "במעלה הזרם" (לדוגמה בישול, קירור, חלקאות הובלה) תלויה בדברים שונים. חלק מזה מכוסה בפרק 15.

מקיי מחשב את עלויות האנרגיה לפי סוגי מזונות. טבעוני צורך כ-3 קווט"ש ליום. צריכה של מוצרי חלב מעלה את הצריכה האנרגטית ב-1.5 קווט"ש. צריכה של ביצים מעלה את הצריכה בעוד 1 קווט"ש ליום.

מקיי מבצע חישוב ממוצע של סוגי בשר שונים, כך שאדם שאוכל בשר מוסיף לצריכת האנרגיה שלו כ 8 קווט"ש ליום.

חישוב לצרכן שמקבל 1.5 קווט"ש שלו מתזונה צמחית, 0.7 קווט"ש מחלב, 0.2 קווט"ש מביצים, 0.6 קווט"ש מבשר - סה"כ 2.9 קווט"ש ליום - צרכן כזה צורך 12 קווט"ש ליום.

מקיי, מצטט מקור שמעריך כי האנרגיה הגלומה בדשנים באירופה הוא בערך 2 קווט"ש ליום לאדם לפי דייוח של אוניברסטית Warwick עבור DEFRA חקלאות בבריטניה בשנת 2005 השתמשב ב 0.9 קווט"ש לאדם ליום לשם מיכון חקלאי, כלי רכב, חימום (בעיקר של חממות), תאורה, איוורור וקירור.

סה"כ חקלאות +מזון נותנת צריכה של כ 15 קווט"ש ליום לאדם.

צריכת אנרגיה של חיות מחמד ליום - חתול 2 קווט"ש , כלב 9 קווט"ש וסוס 17 קווט"ש.

מוצרים והובלות

פרק 15 עוסק בייצור מוצרים ובהובלה שלהם.

  • ייצור - 48 קווט"ש לאדם ביום, לפחות.
  • הובלה - כ 12 קווט"ש לאדם ביום.

שירותים ציבוריים

מקיי מנסה לבצע הערכה גסה - בעיקר על סמך תקציב של הוצאות אנרגיה לבטחון - ומקבל כ 4 קווט"ש לאדם. אוניברסטיאות תורמות לצריכת האנרגיה כ-0.24 קווט"ש לאדם. (הוא מתעלם מהנושא של הוצאות ממשלה, חינוך ורפואה ציבורית?).

סה"כ הוצאות

בקווט"ש ליום לאדם.

  • מכוניות - 40
  • מטוסים - 30
  • חימום וקירור 37
  • תאורה 4
  • מכשירי חשמל 5
  • מזון וחוואות 15
  • מוצרים 48+
  • תובלת מוצרים 12
  • הוצאות צבאיות 4

סה"כ 195 קווט"ש.

קישורים חיצוניים