מערכת ההולכה העתידית

אנו חיים בתקופה שבה הטכנולוגיה והקדמה הינן דרישות הכרחיות, והחשמל הפך לנשמת החיים המודרנית. כמעט כלי היבט של קיומנו תלוי בחשמל. מהאור שמאיר את בתינו, דרך המכשירים שמאפשרים תקשורת מרחוק, ועד למערכות הרפואה, התחבורה, התעשייה והמחשוב שמניעות את העולם. ללא החשמל, הציוויליזציה, כפי שאנו מכירים אותה, תקרוס בתוך שעות. ככל שאנו מביטים אל העתיד, על צמיחת האוכלוסייה, הרכבים החשמליים, ה-AI, משאבות החום והטכנולוגיות המתפתחות, תלותנו בחשמל רק הולכת ומעמיקה, והופכת אותו לאחד המשאבים הקריטיים ביותר לקיומה ולהתקדמותה של האנושות.

חשמל זה אינו מגיע אלינו באורח פלא. הוא מועבר דרך מערכת הולכה מורכבת ומתוחכמת, שהיא עורק החיים של החברה המודרנית. רשתות ההולכה והחלוקה, הכוללות קווי מתח גבוה, תחנות משנה, שנאים ומערכות בקרה מתקדמות, מהוות את הגשר בין תחנות הייצור לבין כל שקע בביתנו, במפעל או בבית החולים. מערכות אלו פועלת 24/7 ומבטיחות אספקה רציפה ויציבה של אנרגיה למיליארדי צרכנים ברחבי העולם.

השינוי בביקושים לאחר שנים של הזנחת תשתיות

למעשה, מערכת ההולכה והחלוקה היא המכונה הגדולה, המתוחכמת והמורכבת ביותר שנבנתה אי פעם ע"י האדם. מערכת ההולכה בלבד, המורכבת מקווי מתח גבוה, משתרעת על פני כ-7 מיליון ק"מ (ומעלה), ואליה מצטרפת מערכת החלוקה (קווי מתח בינוני ונמוך) שמגיעה לכ-88-104 מיליון ק"מ. יחד הן יוצרות מערכת חשמלית עולמית, שאורכה הכולל מתקרב לכ-2,000 הקפות של כדור הארץ.

במשך תקופה ארוכה, במדינות מפותחות רבות לא היה צורך משמעותי בהשקעה במערכת ההולכה. החל מתחילת שנות ה-2000, הביקוש לחשמל נותר יציב יחסית, לאחר עשורים של צמיחה מהירה. במאה שקדמה לכך, ובעיקר במאה ה-20, עבר העולם תהליך חשמול מאסיבי של בתי האב, התעשייה, התחבורה והכלכלה כולה. עקומת הביקוש עלתה בתלילות, והרשת גדלה ללא הרף במשך כמאה שנים. ואז, באופן כמעט פתאומי, היא כמעט והפסיקה להתרחב.

הסיבות לכך מגוונות ומשמעותיות. הן מתחילות משיפורים דרמטיים שחלו ביעילות האנרגטית כמו פיתוח של מכשירי חשמל חסכוניים (כגון מקררים, מזגנים ומכונות כביסה מדור חדש), כמו מעבר לתאורת LED חסכונית, כמו מנועים חשמליים יעילים וכמו בנייה ירוקה עם בידוד משופר. אלו הפחיתו באופן ניכר את הצריכה לנפש. בנוסף, חל שינוי במבנה הכלכלה. מדינות מפותחות עברו מתהליך של תיעוש כבד לצריכת שירותים, לכלכלה דיגיטלית ולטכנולוגיית מידע, אשר צורכים פחות חשמל ביחס לתמ"ג בהשוואה לתעשייה הכבדה. דבר נוסף הוא רמת החשמול הגבוהה שכבר שררה מלכתחילה. כמעט בכל בית, מפעל ומשרד כבר קיים חיבור לרשת, כך שלא נותרו "לקוחות חדשים" גדולים שיצריכו הרחבה מסיבית של התשתית.

בנוסף, גורמים כמו העברת ייצור תעשייתי למדינות מתפתחות, תוכניות לאומיות לחיסכון באנרגיה ומודעות סביבתית גוברת תרמו גם הם לייצוב הביקוש. התוצאה הייתה האטה משמעותית בהיקף ההשקעות הנדרשות במערכות ההולכה והחלוקה, עד אשר מגמות חדשות, כגון מעבר לאנרגיות מתחדשות, כלי רכב חשמליים ומהפכת ה-AI, החלו לשנות שוב את התמונה בשנים האחרונות.

אך כעת העקומה מפסיקה להיות שטוחה. הזמנים משתנים והביקוש העולמי לחשמל עולה בקצב שיא, פי 2.5 מהר יותר מביקוש האנרגיה הכולל[1]. לפי דוח ה-IEA Electricity 2026, צריכת החשמל העולמית, צפויה לזנק ל-33,600 TWh עד 2030, עלייה מ-28,200 TWh ב-2025. בשנים הקרובות (2026-2030) יתווספו בממוצע ייצור של כ-1,100 TWh בשנה, לעומת 700 TWh בכל העשור הקודם. מגמות אלה מונעות בעיקר מחוות שרתים לבינה מלאכותית, התרחבות כלי הרכב החשמליים (במקום רכבי ICE), מעבר לשימוש במשאבות חום (heat pumps) לחימום במקום בתנורי גז ומזג אוויר קיצוני שמתגבר ברחבי העולם. ההערכות מצביעות על כך שב-2050 הביקוש העולמי לחשמל עשוי להיות כפול מהיקפו הנוכחי.

אך האתגר אינו רק בייצור החשמל אלא גם, ואולי בעיקר, בהובלתו. כדי לייצר את הכמויות העצומות הללו ולהעביר אותן למיקומים הנדרשים, מערכת ההולכה העולמית חייבת לעבור מהפכה של ממש הכוללת הרחבה מאסיבית של קווי מתח, תחנות משנה ומערכות אגירה ואלו יעלו מאות מיליארדי דולרים ודורשות תכנון ארוך טווח.

במשך כ-25 שנה הייתה עקומת הביקוש לחשמל שטוחה יחסית במדינות המערב, ולכן התעשייה כמעט ולא השקיעה בהרחבת מערכת ההולכה. מצב זה גרם לכך שהתעשייה "ישנה" ולא הייתה מוכנה לשינוי הפתאומי. כשתעשייה נותרת ללא התפתחות משמעותית במשך רבע מאה, קשה לה להתעורר במהירות. שרשראות האספקה התנוונו, התשתיות התיישנו, כח האדם המקצועי התמעט והידע הטכני הייחודי הולך ונעלם עם גלי הפרישה של דורות ותיקים של מהנדסים וטכנאים. זהו בדיוק המצב כיום ברוב מדינות המערב.

בסין המציאות שונה לחלוטין. מאז שנת 2000, ייצור החשמל במדינה הוכפל פי 7, והיא ממשיכה להרחיב את מערכת ההולכה שלה בקצב מסחרר. סין לבדה צפויה להוסיף לבדה כ-2,600 TWh למערכת עד [2]2030, כמעט שווה לצריכה הנוכחית של כל האיחוד האירופי, ותייצג כ-50% מהגידול העולמי בביקוש לחשמל בשנים הקרובות.

לכן, לסין יש יתרון תחרותי ברור ומשמעותי על פני רוב מדינות המערב. היא מחזיקה באוכלוסייה עובדת גדולה ומקצועית בתחום הקמת רשתות ההולכה, בשרשראות אספקה פעילות ויעילות וברצון פוליטי-כלכלי נחוש להמשיך ולהרחיב את מערכת החשמל שלה, בין היתר כדי לתמוך בייצור התעשייתי המתבצע בה עבור כל העולם. הצמיחה הכלכלית של סין, גם אם היא צומחת "רק" 5% בשנה, עדיין גבוהה בהרבה מזו של רוב מדינות המערב. בעוד שבארה"ב עקומת הביקוש לחשמל נותרה שטוחה יחסית מאז שנת 2000, בסין היא המשיכה לעלות בתלילות.

בהקשר זה יש לציין כי אמנם הביקוש הסיני עולה בתלילות אך נקודת המוצא של הסיני המצוי שונה מזו של האמריקאי המצוי. בעוד שהביקוש לחשמל לנפש אמריקאית ממוצעת עומדת על כ-12-13 אלף kWh לשנה, הביקוש של נפש סינית ממוצעת הינה כ50-60% מזה. סין עודנה נמצאת בתהליך הקמת תשתיות רחב שעדיין לא הגיע לגמרי לרמה המערבית בכל תחום ותחום (למרות שבתחומים מסוימים, כמו רכבות חשמליות, תעשייה כבדה וייצור, היא עוברת את הרמה המערבית).

אנרגיה קובעת במידה רבה את גורלן של מדינות במאה ה-21. מדינה שאינה מסוגלת לספק חשמל אמין ובכמות מספיקה לתעשיות העתיד, כמו AI, חוות שרתים או רכבים חשמליים, פשוט לא תוכל לפתח אותן. מי שמאבד את היכולות להרחיב את תשתיות ההולכה שלו, מאבד למעשה את היכולת להתחרות בכלכלה העולמית החדשה.

עבור מדינות המערב, העמידה בקצב הצמיחה של סין בתחום תשתיות החשמל, היא משימה מורכבת ביותר. ההשקעות הגלובליות במערכות ההולכה הגיעו לכ-450 מיליארד דולר כבר ב-2025, וצפויות לעמוד על כ-550 מיליארד דולר ב-2026, אך קיים פער ניכר בין התכנון לביצוע[3]. עיכובי רישוי ארוכים, מחסור חמור בציוד, בכוח אדם מקצועי ובשרשראות אספקה יעילות, מקשים על המערב להדביק את הפער שנוצר לאחר עשרות שנים של האטה והזנחה.

 

טכנולוגיות חדשות לשינוע חשמל

מערכת ההולכה של העתיד, לא תראה כמו זו של העבר. טכנולוגיות חדשות לשינוע חשמל עשיות להיות המפתח להתמודדות עם הביקוש הגואה ועם האתגרים של הרשתות הקיימות.

 

מוליכי על:

קיימות חברות שמפתחות כבלים המבוססים על מוליכי על. חברת Veir[4] האמריקאית, נוסדה ב-2019 במסצ'וסטס ומפתחת כבלי הולכה superconducting המבוססים על חומר קרמי בשם REBCO (Rare Earth Barium Copper Oxide). בניגוד לכבלי הנחושת והאלומיניום המסורתיים, שבהם קיים אובדן אנרגיה עקב התנגדות חשמלית, הכבלים של Veir מאבדים כמעט כליל את ההתנגדות החשמלית בטמפרטורה נמוכה של כ-196 מעלות צלזיוס (77קלווין).

התוצאה דרמטית. הכבלים יכולים להעביר פי 5-10 יותר חשמל מאשר כבלים רגילים באותו קוטר, ובמקרים מסוימים לחסוך עד פי 20 בשטח ובמשקל בהשוואה לכבלי נחושת מסורתיים. המשמעות היא שניתן להעביר כמויות חשמל עצומות מבלי לבנות עשרות קווי הולכה חדשים.  

עם זאת, הטכנולוגיה של Veir כוללת אתגרים משמעותיים. הכבלים דורשים קירור מתמיד באמצעות חנקן נוזלי, שרוול בידוד תרמי ואספקת ואקום. אתגר נוסף הוא נקודות המעבר בין הכבלים של החברה לכבלים בעלי התנגדות חשמלית.

כיום הייצור עדיין חלקי וידני, והעלות גבוהה בהרבה מייצור של כבלים קונבנציונליים. בהמשך, כשהחברה תעבור לייצור מסחרי, הייצור יכלול הרבה יותר אוטומציה, ויהיה מהיר יותר.

Veir גייסה עד כה כ-117 מיליון דולר, בין היתר גם מ-Microsoft, ומקווה להתחיל פרויקטים מסחריים כבר בתוך מספר שנים בודדות, תוך תקווה שהלקוחות הפוטנציאליים של Veir, שהם חברות התשתיות, יסכימו לאמץ טכנולוגיות חדשות למרות שהם ידועים בשמרנותם ובקושי שלהם לאמץ כאלו שכן הם גופים שצריכים לדאוג לאספקת חשמל 100% מהזמן וחייבים להיות מאוד זהירים ולכן לא נוטים לאמץ בקלות טכנולוגיות חדשות.

חברת Nexans הצרפתית[5] פועלת גם היא בתחום מוליכי העל ומייצרת מערכות כבלים קריוגניות, חיבורים ומערכות קירור. הכבלים של Nexans יכולים להעביר פי 8-10 יותר חשמל באותו שטח, ביחס לכבלים מסורתיים, ועם אובדני אנרגיה אפסיים. הם פועלים בטמפרטורה של 200- מעלות צלזיוס ומקוררים באמצעות חנקן נוזלי. החברה, יחד עם חברת American Superconductor (AMSC) שנוסדה ב-1987 במסצ'וסטס, היו מעורבות בפרויקט LIPA בלונג איילנד, בו הודגם כבל מוליך על שהמחיש שניתן להפעיל כבל שכזה כחלק ממערכת הולכה ממשית, אך גם הראה שהמעבר מניסוי לפריסה רחבה איטי מהצפי.

חברת Sumitomo Electric היפנית[6] מפתחת במשך שנים כבלים ומוליכי REBCO, לרבות מערכות חשמל גדולות מאוד. כך גם Furukawa Electric[7], באמצעות פעילותה דרך חברת SuperPower, היא שחקנית חשובה בייצור סרטי REBCO שאמנם משמשים לכבלי חשמל אך גם למערכות היתוך גרעיני, למגנטים ולמכשור רפואי.

חברות נוספות בשרשרת האספקה של סרטי HTS כוללות את SuNAM הקוריאנית, את Fujikura היפנית ואת Shanghai Superconductor Technology הסינית. בשלב הנוכחי, ייצור סרטי REBCO בכמויות גדולות, באיכות אחידה ובמחיר נמוך הוא אחד התנאים החשובים ביותר להצלחת התחום.

כבלי מתכת מתקדמים:

קיימות חברות שמייצרות כבלי מתכת מתקדמים. ככל הנראה, בטווח הקצר, זו הטכנולוגיה בעלת הסיכוי הגבוה ביותר להיטמע בעולם ההולכה. בקווי ההולכה המסורתיים נפוץ מוליך בשם ACSR (Aluminium Conductor Steel Reinforced), המורכב מחוטי אלומיניום סביב ליבת פלדה. האלומיניום מוליך את רוב הזרם, בעוד ליבת הפלדה מספקת חוזק מכני. כאשר הזרם גדל, המוליך מתחמם, מתרחב ושוקע כלפי הקרקע. לעיתים המגבלה האמיתית אינה הטמפרטורה שבה המתכת תיכשל, אלא המרחק הבטיחותי הנדרש בין הכבל לקרקע, לעצים, למבנים או לכבישים. כבלי מתכת מתקדמים מכילים מוליכים עם ליבות מחומרים בעלי חוזק גבוה והתפשטות תרמית נמוכה. כך ניתן להפעיל את הקו בטמפרטורה גבוהה יותר, להעביר יותר זרם ולהימנע משקיעה מסוכנת של המוליך.

חברות כמו  CTC Global או TS Conductor מפתחות כבלים עם ליבת פחמן או חומרים קומפוזיטים במקום ליבת פלדה מסורתית. כבלים אלו קלים יותר, חזקים יותר, מתחממים פחות וסובלים פחות מהתארכות בחום. היתרונות בולטים. הם מאפשרים להעביר פי 1.5-2 יותר חשמל באותו מסלול קיים, ללא צורך בהחלפת עמודי התמך. מדובר בפתרון זול יחסית ומהיר ליישום. חברות כמו Southern California Edison ו-AEP בארה"ב כבר שדרגו מאות קילומטרים של קווים והגדילו את הקיבולת ב-40%-100%. טכנולוגיה זו כיום נחשבת לאחת הדרכים היעילות והמשתלמות ביותר לשדרוג רשתות קיימות.

CTC Global[8] פיתחה מוליך בשם ACCC, בו ליבת הפלדה מוחלפת בליבה המבוססת על סיבי פחמן וזכוכית. הליבה קלה יותר ומתארכת פחות בחום, ולכן ניתן להשתמש בכמות גדולה יותר של אלומיניום מוליך בלי להגדיל באופן משמעותי את המשקל ואת העומס על העמודים. ה-ACCC מאפשר הכפלת קיבולת בקווים מסוימים. בזכות ההתנגדות הנמוכה שלו, הוא מפחית את אובדן האנרגיה בכ-25%–40% ביחס למוליכים מסורתיים.

TS Conductor[9] פיתחה מוליך בשם AECC, המבוסס על ליבת פחמן המוגנת בשכבת אלומיניום, וסביבה שכבות של אלומיניום. המבנה משלב התפשטות תרמית נמוכה, חוזק גבוה ומוליכות משופרת. הטכנולוגיה מגדילה את הקיבולת פי 2-3 ביחס למוליכים מסורתיים, תוך שימוש בתשתיות ובעמודים קיימים. בפרויקט Salt River בפיניקס דווח על הגדלת קיבולת של כ־80% ללא החלפת העמודים הקיימים.

היתרון הינו ששדרוג מוליכים מנצל את הנכס היקר והמורכב ביותר שכבר קיים והוא קו ההולכה, העמודים, ההיתרים וזכויות המעבר. לעיתים ניתן לפרוס את המוליך החדש באמצעות ציוד ושיטות התקנה מוכרות, ולכן רמת הסיכון הטכנולוגי נמוכה משמעותית מזו של כבלים מוליכי על.

מחקר מ-2024[10] מצא כי שימוש רחב במוליכים מתקדמים עשוי, בתנאים המתאימים, להכפיל את קיבולת ההולכה של קווים רבים בתוך תוואי וזכויות דרך קיימים, ובכך לצמצם משמעותית את הצורך בהליכי רישוי ובהקמת קווי הולכה חדשים. עם זאת, החלפת המוליך לבדה אינה מבטיחה כי המערכת תוכל להעביר פי שניים חשמל. לאחר השדרוג עלולים השנאים, המפסקים, פסי הצבירה, מערכות ההגנה, מגבלות יציבות המתח או קווים סמוכים להפוך לצוואר הבקבוק הבא. לכן יש לבחון את מלוא מערכת ההולכה ולשלב, לפי הצורך, שדרוגים רחבים ולא רק שדרוגים של הכבל.

לצד CTC Global ו-TS Conductor פועלות חברות נוספות שפיתחו מתכות מתקדמות מתאימות כמו Southwire, Trapezoidal Wire, ו-3M.

שימוש בחיישנים:

דרך מהירה וזולה יותר להגדלת קיבולת ההולכה היא לא להחליף את הכבל, אלא למדוד בצורה מדויקת כמה חשמל הוא מסוגל להעביר בכל רגע. אחת הדרכים הפשוטות והזולות ביותר לשיפור הקיבולת הוא שימוש בחיישנים חכמים ובבינה מלאכותית. לכן, קיימות חברות שמייצרות חיישני AI ו-Dynamic Line Rating (DLR). חיישנים אלה מודדים בזמן אמת את טמפרטורת הכבל, מהירות הרוח, הלחות ותנאי מזג האוויר, ומאפשרים להעביר יותר חשמל כשהכבלים קרים במקום להשתמש בקיבולת סטטית ושמרנית (המתאימה לתרחיש הגרוע ביותר). במקרים רבים מדובר בתוספת קיבולת ממוצעת של כ־10%–30%, ובתנאי קור ורוח מסוימים אף יותר. משרד האנרגיה האמריקאי מציין[11] שבימים קרים או סוערים קווים יכולים לעיתים להעביר כ־50% יותר מהדירוג הרשום שלהם. כל זה ללא כל שינויים פיזיים משמעותיים. חברות כמו PPL Electric בארה"ב חסכו שדרוג והדבר חסך עשרות מיליוני דולרים בזכות הטכנולוגיה, ופרויקטים דומים מתבצעים גם ב-National Grid בבריטניה ובמדינות אירופה.

קיימות מספר שיטות להתקנה של החיישנים ולכל אחת מהן יתרונות וחסרונות. שיטה אחת היא התקנה ישירה על המוליך עצמו. בשיטה זו ניתן למדוד טמפרטורה וכל נתון נדרש אחר והחיסרון העיקרי הוא הצורך להתקין על קו פעיל ולייצר תקשורת ואספקת אנרגיה לחיישן. שיטה נוספת היא התקנה על עמוד ההולכה ומדידת נתונים ללא מגע אלא באמצעות מצלמות, LiDAR ושיטות נוספות. שיטה זו יקרה יותר מהשיטה הראשונה. שיטה שלישית היא שימוש בחיישנים מבוססי תחזיות מזג אוויר ללא חיישן על כל מקטע. היתרון בשיטה זו הוא פריסה רחבה והחיסרון הוא תלות במודל ובדיוק התחזיות.

בין החברות הבולטות בתחום החיישנים ניתן לראות את:

• Ampacimon שהינה אחת הוותיקות בתחום ומפתחת חיישנים ומערכות תוכנה מתאימות.
• LineVision מפתחת חיישנים ללא מגע המותקנים על עמודים. המערכת שלה הופעלה ברשת National Grid בניו יורק.
• Heimdall Power הנורווגית מייצרת חיישן כדורי המותקן על קו ההולכה. ב-2026 הודיעה החברה על פריסה בבריטניה, שתכלול עשרות מעגלים חשמליים ועד כ־900 ק"מ של רשת מכוסה, וכן על פרויקטים עם Entergy[12] בארה"ב ועם NIE Networks[13] בצפון אירלנד.
• Gridraven מתמקדת בחיישנים מבוססי תחזיות מז"א ו-AI. ב-2025 נבחרה לפרויקט גדול עם מפעילת הרשת הפינית Fingrid.
• Lindsey Systems מציעה מערכות המודדות באמצעות LiDAR את המרחק בפועל בין המוליך לקרקע, לצד נתוני טמפרטורה ושקיעה. מדידת המרחק חשובה משום שבקווים רבים זוהי המגבלה הבטיחותית המכריעה לצורך קבלת החלטות.

החסרונות של השיטה הם בעיקר שהחיישן אמנם "מייצר" קיבולת פיזית חדשה אך הוא אינו תחליף לכל שדרוג. הוא יעיל במיוחד כשצוואר הבקבוק הוא תרמי וכאשר קיים מתאם חיובי בין ייצור החשמל לתנאים המקררים את הקו. למשל בתחנת ייצור חשמל מרוח שמייצרת יותר חשמל כאשר אותה רוח גם מקררת את המוליכים. בנוסף, כדי להשתמש בחיישנים יש לייצר אינטגרציה שלהם למערכות שמנהלות את ההולכה. יש לקחת בחשבון מקרים של אובדן תקשורת, תחזיות שגויות או חיישנים תקולים. נדרשות גם אבטחת סייבר, תחזוקת חיישנים, סטנדרטיזציה והכשרת מפעילי חדרי בקרה.

הולכה במתח גבוה:

קיים גם שימוש בזרם ישיר במתח גבוה (HVDC), טכנולוגיה ותיקה יחסית, אך חשובה, ככל שמערכת ההולכה הופכת למבוזרת, בינ"ל, ותלויה במקורות מתחדשים מרוחקים. ברשת רגילה, החשמל מועבר בזרם חילופין. במערכת HVDC, תחנת המרה הופכת את החשמל מ-AC ל-DC, הוא מועבר לאורך הקו בזרם ישר, ובקצה השני תחנה נוספת ממירה אותו חזרה ל-AC. העברת חשמל בזרם ישיר במתח גבוה (High Voltage Direct Current) יעילה בהרבה מזרם חילופין (AC) במרחקים ארוכים. היא מפחיתה באופן משמעותי את אובדני האנרגיה ומאפשרת הובלה של כמויות חשמל גדולות מאוד בין אזורים או אפילו בין מדינות. בכבלים תת ימיים ותת קרקעיים היתרון משמעותי במיוחד. שיטה זו מתאימה במיוחד לחיבור בין רשתות שונות (HVDC מאפשר גם לחבר בין שתי רשתות AC שאינן מסונכרנות זו עם זו, לווסת את ההספק המועבר במהירות ולמנוע מהפרעות מסוימות להתפשט ישירות מרשת אחת לאחרת), להעברת חשמל ממקורות מתחדשים מרוחקים (כגון חוות רוח ימיות או שדות סולאריים במדבר) או מרכזי צריכה. למרות העלות הגבוהה של תחנות ההמרה, הטכנולוגיה הופכת ליותר ויותר נפוצה בפרויקטים גדולים.

קיימים שני סוגים עיקריים של מערכות HVDC. LLC שמתאימה במיוחד להעברת כמויות עצומות של חשמל בין רשתות חזקות ולאורך מרחקים ארוכים, ו-VSC, שמתאימה יותר לרשתות חלשות, לכבלי ים, לחוות רוח ולחיבורים עירוניים.

שוק תחנות ההמרה נשלט בידי מספר קטן יחסית של ספקים ביניהם Hitachi Energy, SiemensEnergy ו-GE Vernova.

היתרונות העיקריים של השימוש בקווי מתח גבוה קשורים לקישור בין אזורי ייצור גדולים למרכזי ביקוש ללא אובדני חשמל גדולים בדרך והיכולת לתכנן כך מערכת חשמל חכמה ולחסוך בהקמת מתקני ייצור מיותרים. מנגד, יש לזכור כי הקמת תחנות המרה הינו עניין יקר ומורכב. הפרויקטים דורשים תכנון ארוך טווח, הזמנת ציוד זמן רב מראש ותיאום בין מפעילי רשתות, רגולטורים ומדינות. בנוסף, קיים גם צוואר בקבוק בקשר ליכולת הייצור. מספר מצומצם של חברות מסוגל לייצר ממירי HVDC, כבלים מתאימים ופלטפורמות ימיות מתאימות.

שימוש בבקרי זרימת חשמל:

חשמל אינו זורם במסלול שמפעיל הרשת בוחר. הוא מתפצל בין קווים בהתאם לעכבה החשמלית שלהם ולחוקי הפיזיקה. לכן, קו אחד עלול להיות עמוס בעוד שקו מקביל נותר מנוצל חלקית. לעיתים אי אפשר להזרים עוד חשמל בין שני אזורים, אף שקיימת קיבולת פנויה בחלקים אחרים של הרשת.

לכן, קיימים גם מכשירי שליטה חכמים בזרימת חשמל. חשוב לומר ששינוי זרימה בקו אחד משנה את התנהגות החשמל במערכת ההולכה כולה. לכן בשימוש במכשירים כאלו, יש לוודא שהפתרון אינו יוצר עומס חדש לאחר תקלה, אינו פוגע בתיאום ההגנות ואינו מקטין יציבות דינמית.

טכנולוגיות כמו של Smart Wires מאפשרות שליטה דינמית בזרימת החשמל בזמן אמת. המכשירים "דוחפים" חשמל מקווים עמוסים לקווים פנויים יותר, וכך פותרים צווארי בקבוק ומגדילים את יעילות המערכת ללא בנייה של קווים חדשים. פתרון זה מהיר יחסית ליישום ומשמש כ"ווסת תנועה" ברשת החשמל.

מערכות כמו Advanced Power Flow Control משנות באופן מבוקר את העכבה של קו מסוים וכך משפיעות על חלוקת הזרימה. הן פועלות למעשה כמו מערכת ניהול תנועה. מפחיתות זרימה במסלול עמוס ומעבירות חלק ממנה למסלול פנוי יותר.

לסיכום נושא הטכנולוגיות החדשות, נראה כי מערכת ההולכה של העתיד צפויה להיות היברידית. חלקה הפיזי יהיה חזק וצפוף יותר, וחלקה הדיגיטלי יהיה חכם וגמיש יותר. לא כל בעיה מצדיקה קו חדש ולא כל צוואר בקבוק ניתן לפתור באמצעות תוכנה בלבד.

בטווח הקרוב, עיקר הערך צפוי להגיע מיכולת להפיק יותר מהתשתיות שכבר קיימות. בטווח הבינוני והארוך יידרשו גם קווי HVDC חדשים בהיקפים גדולים. מוליכות על עשויה להפוך לשכבה נוספת וחשובה, בעיקר במקומות שבהם לא ניתן עוד להרחיב את התשתית בשיטות רגילות.

ההתפתחות של התחום עשויה להשפיע  לא רק על מי שמייצר חשמל, אלא גם על מי שמשנע אותו ועל מי שמייצר את התשתיות לשינוע זה. במערכת שבה קיבולת הולכה הופכת למשאב נדיר, היכולת לשחרר חשמל נוסף מקו קיים עשויה להיות בעלת ערך כלכלי דומה להקמת מקור ייצור חדש.

יציבות מערכת ההולכה

לא די בהגדלת קיבולת הייצור באמצעות חדשנות וטכנולוגיה כדי להבטיח אספקת חשמל אמינה. יציבות המערכת היא תנאי הכרחי. מערכת הולכה חייבת לשמור על איזון עדין בין ייצור לצריכה בכל רגע נתון, ולהתמודד במהירות עם שיבושים.  

דוגמה בולטת לאתגר זה התרחשה ב-28.4.2025, כאשר הפסקת חשמל גדולה שיתקה אזורים נרחבים בספרד ובפורטוגל למשך כ-18 שעות. זו הייתה אחת מהפסקות החשמל החמורות ביותר בהיסטוריה המודרנית של אירופה. עשרות מיליוני תושבים נותרו בחשכה מוחלטת. אלפי נוסעים נתקעו ברכבות, במעליות וברכבות תחתיות, חנויות, סופרמרקטים, בתי מרקחת ומסעדות נסגרו ומערכות התשלומים והתקשורת קרסו.

הערכות ראשוניות של  CaixaBankהעמידו את הנזק הכלכלי לספרד לבדה על כ-400 מיליון אירו[14]. האירוע חשף פגיעות במבנה מערכות ההולכה המודרניות. על פי הדיווחים, הסיבה העיקרית הייתה חוסר יציבות במספר תחנות כוח סולאריות בדרום ספרד, אזור שבו ספרד הגדילה באופן דרמטי את ייצור האנרגיה הסולארית (שילשה אותו בחמש השנים שקדמו לאירוע).

למה יציבות הינה קריטית כל כך?

מערכת ההולכה חייבת לשמור על תדר קבוע (בדרך כלל 50 הרץ באירופה) והיא חייבת להיות כל הזמן באיזון מושלם. אם ייצור החשמל לא תואם בדיוק את הצריכה, התדר משתנה, דבר שעלול לגרום לקריסת מערכות.

בתחנות כוח מסורתיות (פחם, גז, הידרו או גרעין) פועלים גנרטורים מסתובבים (synchronous compensators). הם יוצרים אינרציה מכנית, כמו גלגל תנופה, שמאפשרת למערכת להמשיך לפעול זמנית גם אם יש שיבוש פתאומי. האינרציה הזו "קונה זמן" למערכת להתאזן.

לאורך ההיסטוריה, השיטה הזו עבדה מצוין. אך למערכת ההולכה המודרנית, הוסיפו מתקני ייצור מתחדשים כמו למשל מתקנים סולאריים. במתקנים סולאריים (וגם במתקני רוח) אין גנרטורים מסתובבים מסורתיים. הייצור תלוי בתנאי מזג האוויר (שמש, רוח) ואינו יציב. מתקנים אלה מחוברים למערכת דרך ממירים אלקטרוניים שמספקים ייצור מהיר אך חסרי אינרציה משמעותית. כתוצאה מכך, שיבוש רחב היקף במתקנים סולאריים עלול להוביל לקריסה מהירה של האיזון.

התגובה בספרד

בעקבות האירוע, הפרלמנט הספרדי אישר רגולציות חדשות שמאפשרות והופכות לחובה התקנה של synchronous compensators ומכשירים נוספים לשיפור היציבות של מערכת ההולכה. שדרוג המערכת כולל השקעות משמעותיות, יקרות, אך הכרחיות, כדי להבטיח אמינות גם בעידן של אנרגיה מתחדשת הרגישה לתנאי מזג האוויר המשתנים. מדינות עשירות חייבות מערכת כזו כדי להתמודד עם העלייה בביקושים לחשמל (רכבים חשמליים, מיזוג אוויר, דאטה סנטרים וכו').

אתגרים במדינות מתפתחות

לא לכל המדינות יש את המשאבים לביצוע שדרוגים כאלה במערכת ההולכה שלהן וכתוצאה מכך, מערכות ההולכה שלהן נותרו מאחור. קיימים אזורים, כמו באפריקה, מדרום למדבר הסהרה למשל, שם יש כ-565 מיליון בני אדם שחיים ללא גישה חשמל - יותר אנשים ללא חשמל מאשר בכל אזור אחר בעולם. מערכות ההולכה מוגבלות שם לאזורים עירוניים כך שאזורים נרחבים, כפריים יותר, נשארים בחשכה. אך מערכות ההולכה באזורים אלו צומחות גם כן רק שזה סוג שונה של מערכות הולכה. זול יותר בימים אלו להקים מיני מערכות הולכה מקומיות אשר הינן קטנות משמעותית ממערכות ההולכה המסורתיות ומשרתות בממוצע כ-400 בתי אב. בעוד שמערכת הולכה מסורתית מכסה עשרות או מאות קמ"ר, כאן מדובר בכיסוי של שטח קטן כמו אי קטן, שכונה או כפר. כפר Kiguna שבניגריה למשל, ממוקם הרחק ממערכת ההולכה המרכזית של ניגריה וזה יצר הזדמנות עבור חברות פרטיות להביא חשמל למקום באמצעות מערכת מיני שכזו.

Husk Power התקינה עשרות מערכות מיני סולאריות, ברחבי ניגריה. אלו מערכות שפועלות 24 שעות ביממה. למרות שהן מערכות סולאריות, הן אינן סולאריות טהורות אלא מערכות היברידיות. הפאנלים הסולאריים מייצרים חשמל זול ואמין במהלך היום וסוללות מאחסנות עודפי חשמל מהיום ומספקות את החשמל הזה בלילה. למערכות יש מקורות גיבוי נוספים ובמידה ויש צורך, המערכת יודעת להשתמש גם בדלקים ביולוגיים ובדיזל כדי לייצר חשמל. הדיזל משמש כגיבוי אחרון ומעדיפים לא להשתמש בו משום שהוא מזהם ביותר. המערכת משתמשת גם ב-AI כדי לנבא ביקושים ולייעל את השימוש במקורות האנרגיה.

בארה"ב בשנות ה-30 של המאה שעברה, המדינה השקיעה מיליארדי דולרים בחשמול אזורים נידחים, ובהרחבת מערכת ההולכה על פני היבשת, דבר שתמך בהפיכת ארה"ב למדינה העשירה בעולם. באפריקה, פרויקט דומה מתחיל להירקם והוא נקרא Mission 300, והוא מגובה ע"י הבנק העולמי שמעוניין להשקיע בכך כ-50 מיליארד דולר יחד עם ה-African Development Bank ולהביא חשמל לכ-300 מיליון אפריקאים עד 2030. אם התוכנית תצליח, מערכות ההולכה של אפריקה כבר לא יהיו קטנות כל כך.

ביזור מערכת החשמל: מסוללות ביתיות ועד רכב המחובר לרשת

מערכת החשמל העתידית לא תהיה רק גדולה יותר, אלא גם מבוזרת יותר. לצד תחנות כוח, קווי מתח גבוה וחוות סוללות ענקיות, צפויים לפעול מיליוני מתקנים קטנים הממוקמים בבתים, בבנייני משרדים, במפעלים ובכלי רכב. מתקנים אלה, המכונים Distributed Energy Resources או DERs, כוללים מערכות סולאריות על גגות, סוללות ביתיות, מטענים חכמים לרכב חשמלי, משאבות חום, תרמוסטטים חכמים ומערכות לניהול צריכת חשמל.

השינוי הזה מטשטש את הגבול המסורתי בין יצרן החשמל לבין הצרכן. משק בית שבעבר רק צרך חשמל עשוי בעתיד לייצר חשמל בשעות היום, לאגור אותו בסוללה, לצרוך אותו בשעות הערב ואף להזרים חלק ממנו לרשת בשעות שבהן הביקוש גבוה. הצרכן הופך למעשה ליצור כלאיים, הוא גם מייצר וגם צורך.

החשיבות של המערכות המבוזרות אינה נובעת רק מכמות האנרגיה שהן מסוגלות לאגור אלא גם ממיקומן האסטרטגי בסמוך לנקודת הצריכה. כשסוללה ביתית מספקת חשמל לבית בשעת עומס, אין צורך להעביר את החשמל מתחנת כוח מרוחקת, דרך קווי ההולכה, תחנות המשנה, מערכת ההולכה, רשת החלוקה והשנאי השכונתי. לכן, שימוש מתוזמן היטב בסוללות ביתיות יכול להפחית עומסים הן במערכת ההולכה והן ברשת החלוקה, לצמצם אובדני חשמל ולדחות בחלק מהמקרים את הצורך בשדרוג קווים, שנאים ותחנות משנה. ניצול הגמישות של מערכות סולאריות ביתיות, סוללות, כלי רכב חשמליים ומכשירים חכמים הוא כלי חשוב בהתמודדות עם עומסי רשת, אך מחייב מערכות תקשורת ובקרה מתקדמות ותמריצי מחיר המשקפים את מצב הרשת המקומית.

הסוללה הביתית כמערכת גיבוי

מנקודת מבטו של משק הבית, אחד היתרונות הבולטים ביותר של סוללה הוא האפשרות לקבל גיבוי בעת הפסקת חשמל. מערכת הכוללת פאנלים סולאריים, סוללה, ממיר מתאים ומנגנון ניתוק מהרשת יכולה להפוך את הבית למעין מיקרו גריד קטן. בעת תקלה ברשת, המערכת מתנתקת ממנה ועוברת למצב עצמאי בו הסוללה והמערכת הסולארית ממשיכות להזין לפחות את הצרכנים החיוניים.

חשוב להדגיש כי התקנת פאנלים סולאריים לבדה בדרך כלל אינה מבטיחה חשמל בזמן הפסקה. מטעמי בטיחות, מערכות סולאריות רגילות מתוכננות להפסיק לפעול כאשר הרשת נופלת, כדי שלא להזרים חשמל לקווים שעליהם עובדים צוותי התחזוקה. לצורך גיבוי ביתי נדרשים סוללה, ממיר התומך בהפעלה עצמאית, מערכת בקרה, מפסק העברה ולעיתים גם לוח נפרד לצרכנים חיוניים כגון מקרר, תאורה, תקשורת, ציוד רפואי ומיזוג חלקי. משך הגיבוי תלוי בגודל הסוללה, ברמת הטעינה שלה ברגע התקלה ובצריכת החשמל בבית.

מתחנת כוח פיזית לתחנת כוח וירטואלית

סוללה ביתית הינה קטנה מכדי להשפיע לבדה על מערכת החשמל הארצית. אך כשאלפי או מאות אלפי סוללות, מטענים ומכשירים חכמים ינוהלו יחד, הם יכולים לפעול כיחידה אחת הנקראת VPP (Virtual Power Plant). מפעיל ה-VPP יחבר באמצעות תוכנה מספר רב של נכסים וינהלם כמשאב אחד. כשהביקוש לחשמל נמוך או כאשר קיים עודף ייצור סולארי, המערכת תטען את הסוללות. כשהביקוש עולה, היא תפחית טעינה, תפעיל את הסוללות או תצמצם צריכה של מכשירים מסוימים.

משרד האנרגיה האמריקאי מעריך[15] כי הרחבת ה-VPPs בארה"ב לקיבולת של 80–160 GW עד 2030 עשויה לתת מענה לכ-10-20% מעומס השיא ולחסוך כ־10 מיליארד דולר בשנה באמצעות צמצום ההפעלה של תחנות בשיא, דחיית השקעות בתשתית והימנעות מהקמת חלק מכושר הייצור החדש. מדובר בהערכה לשוק האמריקאי ולא בתחזית עולמית, אך היא ממחישה את גודל הפוטנציאל.

הרכב החשמלי כסוללה ניידת

כלי הרכב החשמליים מוסיפים שכבה חדשה ומשמעותית למערכת המבוזרת ועל כך גם כתבנו בעבר[16][17][18]. במשך רוב שעות היממה כלי רכב רבים עומדים בחניה ובזמן הזה, הסוללה שלהם עשויה להפוך למשאב עבור הבית, העסק או מערכת החשמל. קיימות מספר רמות של שילוב בין הרכב לרשת:

G1V: החשמל זורם מהרשת אל הרכב, אך מועד וקצב הטעינה מנוהלים דינמית. ניתן לדחות את הטעינה משעות הערב העמוסות לשעות הלילה, או לטעון בצהריים כאשר קיים עודף ייצור סולארי.

Vehicle to Home (V2H): הרכב מספק חשמל לבית בעת הפסקת חשמל או בשעות שבהן מחיר החשמל גבוה. במקרה כזה הרכב מתפקד כסוללת גיבוי ניידת.

Vehicle to Building (V2B): רכב או צי רכבים מספקים חשמל לבניין משרדים, לבית ספר, למחסן או למפעל. ציים מסחריים מתאימים לכך משום שמיקומם וזמני החניה שלהם צפויים יחסית.

Vehicle to Grid (V2G): הרכב מזרים חשמל לרשת באמצעות מטען דו כיווני ואגרגטור. הרכב נטען כשהחשמל זול או כשקיים עודף ייצור, ונפרק לפרקי זמן קצרים כאשר הביקוש גבוה או כאשר מפעיל הרשת זקוק לתגובה מהירה.

למרות הפוטנציאל, חשוב לזכור שבעל הרכב מצפה שהרכב יהיה טעון בזמן הנסיעה, ובעל הסוללה הביתית עשוי לדרוש שתישמר רזרבה מסוימת עבור הבית למקרה של הפסקת חשמל. לכן מערכת הניהול חייבת לקחת בחשבון את העדפות המשתמש, מועד הנסיעה הצפוי, מצב הטעינה, תחזית מזג האוויר, מחיר החשמל ומצב הרשת.

קיימים גם חסמים טכנולוגיים וכלכליים. לא כל רכב ולא כל מטען תומכים בזרימה דו כיוונית. נדרש תיאום בין הרכב, המטען, הממיר, מערכת ניהול הסוללה וחברת החשמל. פריקות וטעינות רבות עלולות להאיץ את שחיקת הסוללה, ולכן בעל הרכב צריך לקבל תמורה שתכסה את עלות השחיקה ואת אי הנוחות. נדרשת גם בהירות בנוגע לאחריות היצרן, לתעריפים, למיסוי, לביטוח ולבעלות על המידע. בנוסף, אלפי מכשירים המחוברים מרחוק יוצרים אתגרי סייבר, פרטיות ותקשורת. מפעיל הרשת חייב לדעת כמה הספק באמת זמין, היכן הוא ממוקם ומה יקרה במקרה של אובדן תקשורת. תקלה או מתקפת סייבר על מערכת ניהול מרכזית עלולות לגרום למספר גדול של סוללות או מטענים לשנות את פעולתם בו־זמנית.

גם המיקום חשוב. סוללה המחוברת באזור שבו הרשת פנויה אינה בהכרח פותרת עומס המתרחש בשכונה אחרת או בקו הולכה מרוחק. יתרה מכך, הפעלה לא נכונה של מספר גדול של סוללות עלולה ליצור עומס חדש על שנאי מקומי.

השלמה למערכת ההולכה, ולא תחליף לה

ביזור המערכת אינו מבטל את הצורך ברשת הולכה חזקה. סוללות ביתיות וכלי רכב אמנם משכללים את המערכת אך הם אינם יכולים לבדם להעביר כמויות עצומות של אנרגיה מאזורי הייצור אל ערים ומרכזי תעשייה, ואינם מהווים בהכרח פתרון לאירועים הנמשכים זמן רב.

לכן, מערכת החשמל העתידית צפויה לשלב בין קווי הולכה חזקים, חיבורי HVDC, תחנות משנה וחוות אגירה גדולות ובין מיליוני משאבים קטנים הממוקמים בקרבת הצרכנים ומנוהלים באמצעות תוכנה. המערכת המרכזית תספק את עמוד השדרה, ואילו המערכת המבוזרת תספק גמישות, תגובה מהירה ועמידות מקומית.

במובן זה, הבית והרכב אינם מחליפים את תחנת הכוח או את קו ההולכה, אך הם הופכים לחלק פעיל ממערכת החשמל. ככל שמספר הסוללות וכלי הרכב החשמליים יגדל, השאלה לא תהיה רק כמה קיבולת אגירה מותקנת בעולם, אלא כמה ממנה מחוברת, ניתנת לשליטה, זמינה בזמן הנכון וממוקמת במקום שבו הרשת באמת זקוקה לה.

 

לסיכום

הביקושים לחשמל נמצאים בעלייה דרמטית לאור התרחבות תחום ה-AI, חוות השרתים, הרכבים החשמליים ומשאבות החום וברור כי לצד הגברת הייצור, תידרש התאמה של מערכת ההולכה למצב החדש המשתנה ברחבי הגלובוס. קשה לחזות באילו טכנולוגיות ייעשה שימוש כדי להמשיך להרחיב, לייצב ולשכלל את מערכות ההולכה העולמיות אך ברור כי תהליכים אלו יקרו וכי מערכות ההולכה ימשיכו למלא תפקיד מרכזי בעולמנו.