מה הוא גז טבעי?
גז טבעי הוא מקור אנרגיה פוסילית שנוצר עמוק מתחת לפני השטח של כדור הארץ. גז טבעי מכיל רכיבים שונים ומגוונים. הרכיב העיקרי בגז טבעי הוא מתאן, שהוא עצמו שילוב של אטום אחד של פחמן וארבעה אטומי מימן (CH4 ). גז טבעי מכיל גם כמויות קטנות של נוזלי גז טבעי (natural gas liquids) וכן גזים שאינם פחמימניים, כגון פחמן דו חמצני ואדי מים. גז טבעי משמש כדלק וכן ביצירת חומרי גלם וכימיקלים.
תקופות היסטוריות של התפתחות בני האנוש מוגדרות בין היתר לפי מקור האנרגיה ששימש אותם כמו למשל תקופת העץ, תקופת הפחם ותקופת הנפט. בשנים האחרונות אנחנו עדים כנראה לתחילתה של תקופת הגז הטבעי כמקור אנרגיה מוביל. הראשונים שהשתמשו בגז טבעי בקנה מידה משמעותי היו הסינים, כבר בשנת 400 לפני הספירה. הגז הטבעי הופק מבארות רדודות והובל בצינורות במבוק. בין היתר, הגז נשרף לשם הרתחת מים מלוחים וקבלת מלח בישול. ישנן התייחסויות היסטוריות רבות וגם אזכורים בתנ"ך של הבהקים שונים שנצפו במצרים, במזרח הקרוב ובמזרח התיכון. רבים ממקדשי הפולחן העתיקים, מלפני 3,000 שנה ויותר, נבנו בקרבת חלחולי גז טבעי.
בשנת 1825 קדח סוחר בשם וויליאם א. הארט את הבאר המסחרית הראשונה, בעומק של כתשעה מטרים, בפרדוניה, ניו יורק. הגז מהבאר הוזרם בצינורות עץ ושימש לתאורת בתים וחנויות. מאוחר יותר, ב-1857 יזם פרסטון בארמור הפקה של גז טבעי באותו מקום והוליך אותו בצינורות עופרת.
בתחילת המאה העשרים החלה להתבסס הולכת הגז הטבעי אולם ההתפתחות המשמעותית התרחשה רק אחרי מלחמת העולם השנייה, כשהישגים הנדסיים אפשרו הנחה של קווים בטוחים ואמינים להובלת גז למרחקים ארוכים. בין 1940 ל-1950 החלה ההזרמה של גז טבעי לבתים בארה"ב ובשנות השישים בבריטניה.
משברי האנרגיה ברבע האחרון של המאה העשרים, והעליות התלולות במחירי הנפט והדלקים השונים, דחפו את העולם לחיפושים נרחבים של מקורות אנרגיה אלטרנטיביים לנפט. גילוי מאגרים עצומים של גז טבעי ברחבי העולם – ביבשה ובים – גרמו שינויים משמעותיים בתעשייה, בחייהם של אנשים, ובגישה לאיכות הסביבה. לגז הטבעי יתרונות רבים בהשוואה למקורות אנרגיה אחרים, בין אם ממקורות מאובנים (fossil), גרעיניים, או אפילו מקורות מתחדשים, בהיבטים של ערכים קלוריים, יתרונות תמחירים, בערה נקייה ושלמה עם הפחתה בזיהום הסביבתי וכדומה.
איך נוצר הגז הטבעי?
לפני מיליוני ומאות מיליוני שנים ולאורך תקופות ארוכות, בהיעדר חמצן ותוך לחץ גבוה, צמחים ובעלי חיים ימיים התפרקו וייצרו שכבות עבות על פני כדור הארץ ובקרקעית הים, לפעמים בשילוב של חול, טין (סחופת) וסידן פחמתי. בחלוף הזמן, השכבות האלה נקברו תחת החול, הסחופת והסלעים. הלחץ והתנודות בחום הפכו כמה מהחומרים הללו, העשירים בפחמן ובמימן לפחם, את השאר לנפט ולגז טבעי.
איור מהספר גז טבעי – עמוד 16 איור 2-8 "המערכת הפחמימנית בעבודה
איפה נמצא הגז הטבעי?
מאגרים של נפט וגז נמצאים בתת-הקרקע, על-פי רוב בעומק של ק"מ מתחת לפני הקרקע או מתחת לקרקעית הים. יש מקומות שבהם הגז נכנס לסדקים גדולים וחללים שבין שכבות הסלע. הגז הטבעי הזה נקרא לעתים 'גז טבעי קונבנציונלי'. במקומות אחרים מופיע הגז הטבעי בנקבוביות זעירות בתצורות כגון פצלים, אבן חול וסוגים אחרים של סלעי משקע. הגז הטבעי הזה מכונה 'גז פצלים' או 'גז הדוק' ולפעמים 'גז טבעי לא קונבנציונלי'. גז טבעי מופיע גם בעתודות נפט והוא מכונה 'גז טבעי מלווה'. עתודות גז טבעי נמצאות ביבשה ובים, לפעמים מתחת לקרקעית האוקיינוס. גז טבעי במצוי במרבצי פחם נקרא מתאן מרובד פחם.
איך מוצאים גז טבעי?
החיפוש אחר גז טבעי מתחיל בגיאולוגים שחוקרים את מבנה כדור הארץ והתפתחותו. השלב הראשון של האקספלורציה מתחיל במוחו של הגיאולוג שמספר סיפור גיאולוגי על איך המאגר נוצר ונשמר ועונה על ארבע שאלות עיקריות: מאיפה הגיע הנפט או הגז, בתוך איזו שכבה ומבנה גיאולוגי הוא אצור, מה מונע ממנו לברוח והאם הוא לא "התקלקל" במהלך השנים. הגיאולוג מאתר את סוג התצורות הגיאולוגיות שסביר להניח מכילות עתודות של גז טבעי.
בדרך כלל משתמשים הגיאולוגים בסקרים סיסמיים בים וביבשה על מנת למצוא את המקום המתאים לקדוח גז טבעי ובארות נפט. סקרים סיסמיים יוצרים ומדדים גלים סיסמיים בכדור הארץ על מנת לקבל מידע על הגיאולוגיה של תצורות הסלע. אם תוצאות הסקר הסיסמי מראות שלתצורה גיאולוגית יש מספיק גז טבעי להפקה ולהפיק ממנה רווח, מתחילים בקידוח של באר הפקה אחת או שתיים. אפשר לקדוח בארות גז טבעי בצורה אנכית וגם אופקית לתוך התצורה. במרבצים קונבנציונליים, הגז הטבעי זורם בדרך כלל בקלות מעלה דרך הבאר ואל פני האדמה. יש מדינות שבהן מייצרים גז טבעי ב'שבירה הידראולית' Fracking
טיפול בגז הטבעי והולכה
הגז הטבעי שנשאב מבארות נקרא 'גז טבעי רטוב' משום שיחד עם מתאן, הוא מכיל בדרך כלל גם נוזלי גז טבעי – אתאן, פרופאן, בוטאן ופנטן ואדי מים. גז טבעי שבראש הבאר עשוי להכיל גם אל-פחמימנים כגון גופרית, הליום, חנקן, מימן גופרי ופחמן דו חמצני, שאת רובם צריך להפריד מהגז הטבעי לפני שהוא נמכר לצרכנים.
מראש הבאר, הגז הטבעי עובר למתקני עיבוד שבהם אדי ותרכובות אל-פחמימנים מופרדות ונוזלי הגז הטבעי מופרדים גם הם מהגז הרטוב ונמכרים בנפרד. לעתים קרובות נשאר מתאן בגז הטבעי המעובד. נוזלי הגז המופרדים natural gas plant liquids והגז הטבעי שעבר עיבוד נקראים "יבשים". יש מקרים שבהם הגז הטבעי בראש הבאר יבש דיו ומוכן להזרמה בצינור ללא עיבוד. אז מוסיפים לו כימיקלים ליצירת ריח שמאפשר איתור במקרה של דליפות מהצנרת. גז טבעי יבש נשלח בצינורות לאחסון תת קרקעי או לחברות הולכה/חלוקה ומשם לצרכנים.
איור מספר גז טבעי עמוד 53 – תרשים של שדה גז טיפוסי עם מבני שלד, תשתית צנרת וחיבור למסוף על החוף
מאפיינים כלליים של תעשיית אחסון הגז הטבעי
לצריכת הגז הטבעי ישנם מאפיינים עונתיים, הקשורים בשינויי מזג האוויר, בטמפרטורה, ובצריכה תעשייתית וציבורית. מערכות אחסון של גז טבעי מיועדות להתמודד עם שינויים באספקה ובביקוש לאורך זמן. גז טבעי ניתן לאחסון במספר תצורות. התצורה הנפוצה ביותר הִנה אחסון הגז מתחת לאדמה, בלחץ גבוה.
ישנם שלושה סוגי אחסון בתצורה זו: מאגרי גז מדולדלים, Depleted Gas Reservoirs אקוויפרים Aquifers, ונקרות מלח תת-קרקעיות Salt Caverns. כן ניתן לאחסן גז טבעי מעל פני האדמה, בטכנולוגיות אחסון LNG1 ו 2[ CNG2.
בישראל, תקופת השיא בצריכת גז קשורה לביקוש מוגבר לחשמל בתקופות הקיץ והחורף, בעיקר בשל צריכת מערכות המיזוג. את הגמישות המתבקשת ניתן לספק על ידי שינויים בקצב הפקת הגז, באמצעות מתקני אחסון מקומיים בקרבת הצרכנים, או באמצעות מערכת ההולכה הארצית. המערכות הנפוצות ביותר לצורך איזון עונתי, הן מערכות אחסון תת-קרקעיות, הממוקמות במאגרים מדולדלים של גז או של נפט טבעי. לעתים יידרש אחסון לטווח קצר ואף יומי; מענה לאיזון מסוג זה יינתן באמצעות מערכות אחסון קטנות יותר כגון נקרות מלח או מתקנים בצורת מכלים כדוריים, או באמצעות מערכת ההולכה Line Packing.
במקרים רבים, גמישות המערכת לשינויים העונתיים מתאפשרת באמצעות מתקנים תת-קרקעיים במורד הזרם Downstream והספקים, במשולב. בשווקים רבים בעולם מתקיים מערך של מתקני אחסון מסחריים ו/או שירותי גמישות למערכת, הנמצא בשליטת ספקים שונים. במקרים מסוג זה, ייתכן ולא יהיה צורך ברגולציה הדוקה, ולכוחות השוק יינתן לפעול ולהשפיע על מחירי האחסון. הערך של השימוש במתקני אחסון עונתיים, נקבע על פי הפרש במחיר שבין תקופת השיא והשפל בביקוש, וזאת אם קיימים אמצעים להתאים את הביקוש לגמישות המערכת. במקרים אחרים, אחסון גז טבעי כפוף לתקנות הקשורות לביטחון האספקה, לדוגמה: כאשר מחייבים ספקים להתאים את עצמם לדרישות האחסון, ע"י מתן עדיפות לגישה למתקני אחסון על פני שימושים אחרים, בחינת הצרכים התפעוליים והאסטרטגיים של התעשייה הישראלית.
גז טבעי בישראל
בישראל החלו חיפושי גז טבעי אינטנסיביים החל מסוף שנות התשעים של המאה שעברה, בעיקר במי הים התיכון, והתגלית המשמעותית הראשונה הייתה גילוי מאגר "ים תטיס" מול חופי אשקלון. מאגר זה, חרף היותו קטן ביותר, נתן את הדחיפה הראשונה הגדולה למה שאנו מכנים היום "מהפכת הגז הטבעי בישראל". מהפכה זו התבטאה קודם כל במעבר ייצור החשמל במדינה, החל משנת 2004, מפחם ודלקים כבדים לגז טבעי, ואחר כך למעבר של התעשייה הכבדה ועתירת האנרגיה לשימוש בגז טבעי כמקור לאנרגיה המפעלית.
הדרישה למקורות גז טבעי הלכה וגדלה, והביאה להמשך חיפושי הגז בים, ובמקביל – להסכם רכישת הגז המצרי, אשר זרם במשך כמה שנים לישראל, עד להפסקתו בסוף 2011 בעקבות מה שמכונה "האביב הערבי" והתגברות הטרור. לימים, צינור הגז הזה החל לשמש הזרמה של גז דווקא בכיוון ההפוך, מישראל למצרים.
המהפכה הגדולה, וקפיצת המדרגה האמיתית מבחינת מדינת ישראל, התרחשה עם גילוי המאגרים הגדולים-מאד "תמר" (ב-2009) ו"לוויתן" (ב-2011), בצד מאגרים קטנים הרבה יותר ("כריש", "תנין", ואחרים). תכולת הגז הטבעי במאגרים הגדולים האלה, מסוגלת לפתור את צרכיה האנרגטיים של ישראל לעשרות שנים קדימה, ולהוות מנוף כלכלי לצמיחת הכלכלה הישראלית והתעשייה המקומית. מדובר במשאב כלכלי גדול מחד וגורם גיאופוליטי חשוב מאד מאידך, שיש לו היכולת לשפר את מצבה של המדינה באמצעות ייצוא הגז למדינות שכנות, ואולי אף למדינות רחוקות יותר. וכמובן תרומה גדולה לאיכות הסביבה
להכנסות הכספיות ממאגרי הגז הטבעי פוטנציאל לטפל במגוון מישורים כולל מישורים חברתיים וכלכליים לדורות הבאים. הגז הטבעי אחראי לכ- 70 אחוז מייצור החשמל בישראל, נתון שממשיך לטפס, השיפור באיכות האוויר כתוצאה משימוש בגז טבעי כבר ניכר, חיבור המפעלים הגדולים ותחנות כוח פרטיות ותחנות כוח של חח"י למערכת הגז כבר מתבצע, והמשק כולו ממשיך לנוע קדימה. האפשרות לפתח הלאה את משק הגז, ולחבר גם מפעלים וצרכנים קטנים יותר, מתאפשרת עם פיתוחם של מאגרים נוספים, כגון מאגר "לוויתן" והגדלת ספיקת הגז אל החוף. בסך הכול, בשנת 2021 סופקו ממקורות הגז הטבעי בישראל (מאגר תמר, מאגר לוויתן וגט"ן דרך המקשר הימי) 47.19 BCM ,מתוכם 33.12 BCM סופקו למשק המקומי, ו- 14.7 BCM ליצוא.
מדינת ישראל לא צפתה ולא העריכה מראש את העתיד להתרחש עם תגליות הגז הגדולות, וכתוצאה מכך נדרש פסק זמן בן שנים אחדות על מנת לעצב את הרגולציה המתאימה. עם כניסת מתווה הגז לתוקפו, החל העיסוק גם בשאלות נוספות ומתקדמות יותר, כגון: תחבורה מבוססת על גז טבעי דחוס, מתנול, ודי-מתיל אתר, והקמת תעשייה כימית הנשענת על מוצרי המשך של גז טבעי, וכן בפתרון סוגיות מכבידות כגון מכל האמוניה במפרץ חיפה ואחרות.
תרשים מתוך דוח רשות הגז הטבעי לשנת 2021 – מבנה משק הגז הטבעי ושחקנים מרכזיים – כולל נתוני אספקה, הולכה וצריכה (ב-BCM) בשנת 2021
בשנת 2021 הגיעו 79 אחוז מהביקוש המקומי ממשק החשמל 7.9 BCM ו-21 אחוזים מהגז הטבעי הנצרך יועד לצרכני הולכה וחלוקה בסקטור התעשייה 6.2 BCM.
תרשים מתוך דוח רשות הגז הטבעי לשנת 2021 – השוואה רב שנתית, שימושים בגז טבעי בשנת 2021- חשמל, תעשייה וייצוא
מערכת ההולכה בישראל – נתיבי הגז הטבעי לישראל
מי שאמונה על מערכת הולכת הגז בישראל היא חברת נתג"ז – נתיבי הגז הטבעי לישראל. מערכת ההולכה הארצית של החברה היא עורק הזרימה הראשי של הגז הטבעי במדינה.
מערכת ההולכה הארצית לגז טבעי בישראל כוללת ארבעה מרכיבים עיקריים:
- תחנות לקבלת גז טבעי מן הספקים – תחנות לקבלת הגז הטבעי מהמאגרים במימי מדינת ישראל. נכון להיום מופעלת תחנת קבלה באשדוד ותחנת קבלה נוספת סמוך לחוף דור הפעילה מדצמבר 2019. מצוף ימי לקליטת גז טבעי מאניות LNG מגזזות, הממוקם כעשרה קילומטרים מערבית לחופי חדרה (פעיל מינואר 2013), ומחובר באמצעות קו ימי למערכת ההולכה הארצית.
- צנרת יבשתית וימית – צינורות רחבי קוטר הזורמים בלחץ גבוה לצמתים מרכזיים. צנרת תת קרקעית להולכת הגז הטבעי; עד היום פרסה נתג"ז כ- 800 ק"מ של צנרת לאורכה ולרוחבה של המדינה. מקטעי ההולכה הראשיים: המקטע הימי , המקטע המרכזי, המקטע הדרומי, המקטע הצפוני, מקטע דברת-ציפורית , קו הולכה לפלמחים, קו יצוא לירדן באזור סדום , קו ההולכה המזרחי , קו ההולכה לירושלים וקו יצוא לירדן צפון.
- מתקני PRMS – באותם צמתים נקלט הגז במתקני הפחתת לחץ ומדידה של גז טבעי – Pressure Redaction and Metering System להפחתת לחץ הזרימה מגבוה לנמוך
- תחנות הגפה הממוקמות לאורכה של המערכת.
תמונות צנרת יבשתית ומתקן PRMS
לקוחות נתיבי הגז הטבעי לישראל
כ-70% מהחשמל בארץ מופק באמצעות גז טבעי שמוליכה נתג"ז אל שבע תחנות הכוח הגדולות של חברת החשמל (פרט לתחנות הפחמיות) ואל יצרני חשמל פרטיים דוגמת דוראד, דליה, OPC (רותם וחדרה), אדלטק (רמת נגב אנרגיה, אשדוד אנרגיה), ת"כ אורות יוסף, רפק (שורק, אשקלון, אלון תבור, רמת גבריאל), IPM באר טוביה, ת"כ אלון מרכזי אנרגיה ות"כ MRC. בנוסף, נתג"ז מוליכה גז טבעי אל מפעלי תעשייה מהגדולים בישראל, הממוקמים במפרץ חיפה, באזורי התעשייה ברמת חובב, במישור רותם ובמקומות נוספים: בזן, פז"א, חיפה כימיקלים, אדמה מכתשים, אדמה אגן, מפעלי ים המלח ועוד. מעגל המשתמשים ממשיך להתרחב על ידי חיבורן של רשתות אזוריות לחלוקת גז טבעי, תחנות כוח פרטיות נוספות וכן לקוחות חדשים ממגזר התעשייה ואף יצוא גז טבעי משמעותי לירדן ולמצרים.
רשת החלוקה של הגז הטבעי בישראל
ב-2009 משרד האנרגיה קידם תוכנית להקמת מערכת הולכה פנים־ארצית בלחץ נמוך (עד 16 בר), בעיקר לאזורי תעשייה, בתי חולים תחנות דלק (שיספקו גז לתחבורה) וצרכנים קטנים, כזאת שתמשיך מהמקום שבו נעצרת מערכת ההולכה של נתיבי הגז הטבעי לישראל. לפי התוכנית, משרד האנרגיה חילק את המדינה לשישה מחוזות, כך שבכל אזור יצא מכרז למפעיל אחר.
לפי רשות הגז הטבעי במשרד האנרגיה, בסוף שנת 2019 היו כ-508 ק"מ של צנרת חלוקה וכ-755 ק"מ של צנרת הולכה. התוכנית היא לחבר כ-300 צרכנים נוספים לגז טבעי, ובעתיד גם צרכנים ביתיים. לפי מנכ"ל משרד האנרגיה, בשנת 2019 צריכת הגז הטבעי הייתה גבוהה ב-35 אחוזים לעומת שנת 2018 ,ובשנת 2018 הצריכה הייתה גבוהה בכ23 אחוזים לעומת 2017 .היקף פריסת רשת החלוקה גדל עם השנים.
פרויקט הסבת היחידות הפחמיות לגז טבעי
בהתאם לתוכנית משרד האנרגיה לגמילת ישראל מדלקים מזהמים, החל פרויקט הסבת היחידות הפחמיות לגז טבעי. בהתאם לתכנית יוסבו, באופן הדרגתי, עד לשנים 2025-2026, ארבע יחידות הממוקמות בתחנת הכוח הפחמית באשקלון (תחנת רוטנברג, כ־2,200 מגה־ואט) ושתי יחידות הממוקמות בחדרה (תחנת אורות רבין, כ־1,100 מגה־ואט). החברה השלימה הקמת חיבור הסבת היחידה הראשונה ברוטנברג. בנוסף השלימה את הקמת החיבור למערכת הולכת הגז הטבעי עבור מחז"מים 70 ו80 באורות רבין
כ-1,260 מגה-ואט) המחליפים את היחידות הפחמיות 1-4.
יצוא גז טבעי
בשנים 2017-2019 השלימה נתג"ז הקמת שני קווים לטובת יצוא גז טבעי לירדן, בדרום ים המלח לחיבור מפעלי תעשייה ירדנים ובאזור בית שאן לחיבור מערכת ההולכה הישראלית אל מערכת ההולכה הירדנית. כיום, רוב החשמל בירדן מיוצר מגז טבעי שמקורו משדות גז ישראלים. בינואר 2020 החלה החברה להוליך גז טבעי דרך מערכת ההולכה הישראלית לצינור EMG באזור אשקלון לטובת יצוא גז טבעי למצרים. בינואר 2021 חתמה החברה על הסכם קבוע עם חברת נובל אנרג'י להקמה של קו ימי מאשדוד לאשקלון והגדלת היקף הולכת גז טבעי למצרים דרך צינור EMG.
בפברואר 2022 החברה התחילה להזרים כמויות גז נוספות למצרים ממאגרי תמר ולוויתן דרך החיבור הקיים לירדן בצפון . בנוסף, החברה מקדמת תכנון לקו יבשתי למצרים – בין רמת חובב לניצנה. קו זה, יאפשר הולכה של כמות נוספת של גז טבעי (בין 3 ל-6 BCM לשנה).