משק חשמל

מאפיינים ייחודיים

לחשמל כמוצר צריכה מספר תכונות ייחודיות:

• נכון לעשור השני של המאה ה-21 חשמל כמעט ואינו ניתן לאחסון.
• תהליכי הייצור, בקרת האיכות והשינוע של המוצר לצרכנים 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.

ייצור

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.

הולכה

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

צריכה

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 העולם (מיפן 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.

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.

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.

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.

• משק החשמל בישראל

• חשמל-הגדרות והסברים, באתר www.cbs.gov.il