พลังงานทางเลือกในอนาคตของประเทศไทย
โดยนายสุพจน์ กล้าหาญ
บทนำ
ในปัจจุบัน ปัญหา เรื่องของพลังงาน เป็นปัญหาที่ส่งผลกระทบต่อการดำรงชีวิตประจำวันของมนุษย์ ทำให้ทางหน่วยงาน หลายๆ งานรวมทั้งนักวิจัยในด้านพลังงานต่างๆ ร่วมกันค้นคว้า เพื่อสรรหา พลังงาน ชนิดอื่นที่จะมาทดแทนพลังงานหลักที่ใช้กันอยู่ในทุกวันนี้ ซึ่งก็คือ พลังงานเชื้อเพลิงน้ำมัน ที่ไม่สามารถผลิตทดแทนส่วนที่ใช้ไปได้ ด้วยเทคโนโลยีที่ก้าวหน้า ผสมผสานกับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ ทำให้นักวิจัย นักวิทยาศาสตร์ ได้คิดค้นพลังงาน เพื่อทดแทนพลังงานที่ไม่สามารถ นำกลับมาใช้ใหม่ได้ จึงทำให้เกิด “พลังงานทางเลือก” หรือ “พลังงานทดแทน” พลังงานทางเลือกนี้ หมายถึงพลังงานที่สะอาด สามารถนำมาหมุนเวียนใช้ได้ต่อเนื่องไม่มีวันหมด และยังเป็นมิตรต่อสภาพแวดล้อม ไม่ก่อให้เกิดภาวะมลพิษต่างๆ ต่อโลกด้วย พลังงานทดแทนที่สำคัญก็คือ พลังงานจากแสงอาทิตย์ พลังงานจากลม พลังงานความร้อนใต้ภิภพ และพลังงานจากชีวมวล
พลังงานแสงอาทิตย์(Solar Energy)
Heat and light from the Sun fuel life on Earth.
พลังงานส่วนใหญ่ที่ส่งมาถึงโลกของเรามาจากดวงอาทิตย์ จะเป็นพลังงานที่อยู่ในรูปแสงและความร้อน ซึ่งจะช่วยให้สิ่งมีชีวิตต่างๆบนโลกสามารถดำรงชีวิตอยู่ได้ พลังงานส่วนนี้มีปริมาณมหาศาล แต่มนุษย์ได้นำพลังงานส่วนนี้มาใช้น้อยมาก เมื่อเปรียบเทียบกับพลังงานส่วนอื่น เช่น ถ่านหิน น้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ พลังงานน้ำ เป็นต้น
พลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานสะอาด สามารถนำมาใช้ได้โดยไม่เกิดมลภาวะใดๆทั้งสิ้น ไม่เหมือนกับพลังงานจากฟอสซิลที่เราใช้กันทุกวันนี้ ที่ใช้มากเท่าไหร่ก็เกิดมลภาวะมากขึ้นเป็นเงาตามตัว ดังตัวอย่าง เช่น การเกิดภาวะโลกร้อน (Global Warming) ที่นับวันจะมีความรุนแรงมากขึ้นๆ
ในยุคก่อนหน้าเทคโนโลยีด้านพลังงานแสงอาทิตยีคนที่สนใจพัฒนาน้อย เนื่องจากยังไม่เกิดปัญหาด้านการขาดแคลนพลังงานและปัญหาสิ่งแวด ทำให้เทคโนโลยีด้านพลังงานแสงอาทิตย์มีราคาสูง ไม่คุ้มค่าในการลงทุน ในปัจจุบันได้มีการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ๆที่จะนำพลังงานแสงอาทิตมาใช้ได้มากขึ้น สะดวกสบายขึ้นและราคาถูกลง ทำให้เป็นที่แพร่หลายมากขึ้น โดยเฉพาะในประเทศที่พัฒนาแล้ว
พลังงานจากดวงอาทิตย์ที่ได้นำมาใช้ในแบบต่าง เช่น การทำน้ำอุ่นในสระน้ำ การออกแบบเรือนกระจกเพื่อเก็บพลังงานความร้อนในกรณีปลูกพืชในเขตหนาว การทำนาเกลือ การกลั่นและฆ่าเชื้อโรคในน้ำดื่ม การทำอาหารด้วยแสงอาทิตย์ กระบวนการพาสเจอร์ไร้ด์ นักวิจัยกำลังพยายามหาเทคนิคการเพิ่มความเข้มของแสงอาทิตย์เพื่อใช้ในอุตสาหกรรมหลอมโลหะ อุตสาหกรรมเคมีภัณฑ์ การประดิษฐ์ยานพาหนะที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ เป็นต้น
Energy from the Sun
ประมาณครึ่งหนึ่งของพลังงานแสงอาทิตย์ที่มายังโลกครึ่งหนึ่งถูกแผ่นดินและมหาสมุทรดูดซับเอาไว้ มีบางส่วนที่สะท้อนกลับออกไปในอวกาศ
ภาพแสดงค่าเฉลี่ยของบริเวณที่ถูกแสงอาทิตย์
การดูดซับพลังงานจากดวงอาทิตย์ผ่านชั้นบรรยากาศโดยอาศัยการพาความร้อนของก๊าซ ไอน้ำ การควบแน่นของน้ำซึ่งจะทำให้เกิดวัฏจักของน้ำและทำให้เกิดการไหลเวียนของอากาศหรือการเกิดลมนั่นเอง แสงอาทิตย์ถูกดูดซับในผิวดินและมหาสมุทรในปริมาณมากเป็นกลไกในการรักษาอุณหภูมิเฉลี่ยของโลกไว้ที่ 14 องศาเซลเซียส พลังงานแสงอาทิตย์เปลี่ยนเป็นพลังงานเคมีผ่านทางการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช ทำให้เกิด อาหาร เนื้อไม้ และชีวมวล(ทำให้เกิดเชื้อเพลิงฟอสซิล) พลังงานจากดวงอาทิตย์ที่ส่งมาได้ถูกกักเก็บไม้บนโลกของเราในรูปของ ลม คลื่นในมหาสมุทร สารชีวมวล ซึ่ง 99.9% ใช้เป็นพลังงานที่สร้างใหม่ได้เรื่อยๆ พลังงานที่เก็บอยู่ตามธรรมชาติมีมากมายมหาศาลเพื่อเปรียบเทียบกับพลังงานที่มนุษย์ต้องการใช้
• พลังงานจากดวงอาทิตย์ที่ถูกสะสมไว้บนโลกมีประมาน 3,850 zettajoules (ZJ) ต่อปี
• พลังงานจากลมที่หมุนเวียนในโลกในอัตราเร็ว 80 เมตร ประมาณ 2.25 ZJ ต่อปี
• การสังเคราะห์ด้วยแสงจะเก็บพลังงานประมาณ 3 ZJ ต่อปี ไว้ในสารชีวมวล
• การใช้พลังงานไฟฟ้าของคนทั้งโลก มีประมาณ 0.0567 ZJ ในปี ค.ศ. 2005
• พลังงานปฐมภูมิอื่นๆที่ใช้กันทั่วโลกในปี ค.ศ. 2005 มีประมาณ 0.487 ZJ
Applications of solar energy technology
Architecture and urban planning
Darmstadt University of Technology won the 2007 Solar Decathlon with this passive house designed specifically
for the humid and hot subtropical climate in Washington, D.C.
แสงอาทิตย์มีผลก่อการออกแบบสิ่งก่อสร้างนับตั้งแต่ยุคแรกเริ่มของงานสถาปัตยกรรม การวางผังเมืองตามอิทธิพลของแสงอาทิตย์เริ่มจากชนชาติกรีกและจีน เริ่มจากสิ่งก่อสร้างในซีกโลกตะวันออกถึงตะวันตกเพื่อให้ได้มาซึ่งแสงและความอบอุ่น
การออกแบบจะขึ้นอยู่กับ ทิศทางแสง สภาพภูมิประเทศ สภาพภูมิอากาศ แสงเงา เพื่อให้ผู้อยู่อาศัยมีความสะดวกสบายมากที่สุด บ้านของโสเครติสนักปราชญ์ชาวกรีกก็อาศัยหลักการนี้เช่นเดียวกัน ไม่นานมานี้การออกแบบได้ทำเป็นโมเดลในคอมพิวเตอร์ โดยอาศัยการคำนวลระบบแสงเงา การระบายอากาศ ระบายความร้อน การออกแบบยังคำนึงถึงส่วนประกอบอื่นๆเช่น พัดลม หน้าต่าง ประตู เพื่อสมรรถนะสูงสุดของการออกแบบ
ในเมืองขนาดใหญ่มากๆหรือเมืองมหานคร จะพบกับปัญหาอุณหภูมิสูงเนื่องมีวัตถุดูดซับแสงอาทิตย์และความร้อนเอาไว้ เช่น ยางแอสฟัลส์ที่ใช้ราดพื้นถนน คอนกรีต วัตถุสองอย่างนี้จะมีอัตราการสะท้อนแสงอาทิตย์ต่ำทำให้เก็บความร้อนไว้มากกว่าสภาพแวดล้อมธรรมดา ในอนาคตจะมีหลักการที่จะช่วยป้องกันอุณหภูมิสูงในเมืองโดยการทำให้ถนน อาคารเป็นสีขาว และมีการปลูกต้นไม้ในเมือง ได้มีการทดลองใช้หลักการนี้ใน Los Angelesโดยถูกเรียกว่า "cool communities" หลังจากการทำโครงการนี้ทำให้อุณหภูมิลดลงเฉลี่ย 3 องศาเซลเซียส มีการลงทุนไป 1 พันล้านเหรียญสหรัฐ และทำให้ค่าไฟฟ้าจากการใช้เครื่องปรับอากาศลดลง 530 ล้านเหรียญสหรัฐต่อปี ที่สำคัญไปกว่านั้นทำให้คุณภาพชีวิตของประชากรในเมืองดีขึ้น
Agriculture and horticulture
Greenhouses like these in the Netherland''s Westland municipality grow a wide variety of vegetables, fruits and flowers.
เกษตรกรรมที่มีรากฐานมาแต่ดั้งเดิมต้องการหาทางที่จะให้ได้ผลผลิตดีที่สุดโดยอาศัยพลังงานแสงอาทิตย์ จะมีเทคนิคการปลูกพืช เช่น วงรอบเวลาการเพาะปลูก การปรับแปลงปลูกพืชใหม่เสมอ ทำแปลงปลูกเป็นร่องสูงต่ำสลับกัน ปลูกพืชหลายๆชนิด
โดยทั่วไปแล้วแสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานหลักในการทำเกษตรกรรม ในช่วงสั้นๆระหว่างยุค Little Ice Age เกษตรกรชาวฝรั่งเศสและชาวอังกฤษสร้างเป็นกำแพงให้ผลไม้เพื่อเพิ่มการสะสมพลังงานแสงอาทิตย์ กำแพงนี้เปรียบเหมือนก้อนมวลร้อนขนาดใหญ่ส่งผงให้ผลไม้สุกเร็วขึ้นโดยการทำให้ต้นพืชอุ่น ยุคก่อนกำแพงผลไม้นี้จะถูกสร้างตั้งฉากกับพื้นดิน ต่อมาได้มีการพัฒนาสร้างให้เอียงเพื่อที่จะได้รับพลังงานจากแสงอาทิตเต็มที่และมีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น ในปีค.ศ. 1699 Nicolas Fatio de Duillier ได้แนะนำให้ใช้เครื่องจักรที่หมุนตามดวงอาทิตย์เพื่อให้ผลไม้รับแสงตลอด พลังงานแสงอาทิตย์ได้ถูกใช้ในหลายๆส่วนของพื้นที่การเกษตรนอกเหนือไปจากการทำให้ต้นพืชเติบโต เช่น ปั้มน้ำ การอบแห้ง ให้ความอบอุ่นแก่ลูกไก่ และทำให้มูลไก่แห้ง
เรือนกระจกจะช่วยควบคุมการใช้พลังงานความร้อนและแสงจากดวงอาทิตย์เพื่อปลูกพืชในสภาพแวดล้อมปิด ทำให้สามารถควบคุมเวลาการปลูกพืชได้โดยไม่ต้องคำนึงถึงสภาพอากาศภายนอก สามารถปลูกพืชนอกฤดูการได้ แรกเริ่มได้มีการใช้เรือยกระจกปลูกแตงกวาในสมัยอาณาจักโรมัน เรือนกระจกสมัยใหม่โรงแรกถูกสร้างในยุโรปในศตวรรษที่ 16 ใช้เพื่อการเก็บรักษาพืชต่างถิ่นที่ได้มากจากการสำรวจนอกทวีป เรือนกระจกยังคงเป็นที่นิยมแพร่หลายจนถึงทุกวันนี้โดยเฉพาะการปลูกพืชสวน ได้มีการพัฒนาใช้พลาสติกแทนกระจกแบบเก่าซึ่งช่วยลดต้นทุนลงมามาก
Solar lighting
Daylighting features such as this oculus at the top of the Pantheon in Rome have been in use since antiquity.
ประวัติของการส่องสว่างของแสงมีความหมายมากกว่าแค่แสงธรรมชาติ ชาวโรมันได้ทำให้เห็นคุณค่าของความถูกต้องของแสงในสมัยก่อนคริสต์ศตวรรษที่ 6 การทำช่องให้แสงสว่างภายนอกลอดเข้ามาในอาคารก็จะช่วยให้ลดพลังงานไฟฟ้าได้อีกทางหนึ่ง นอกจากนั้นการออกแบบให้แสงลอดเขามายังช่วยให้บรรยากาศภายในอาคารดูโล่ง อบอุ่น และน่าอยู่มากขึ้น ความร้อนจากแสงแดดยังช่วยฆ่าเชื้อโรคได้บางส่วน ทำให้ห้องไม่เหม็นอับได้อีกด้วย
Solar thermal
เทคโนโลยีด้านการทำพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ เช่น เครื่องทำน้ำอุ่น เครื่องทำอากาศร้อน - เย็น เครื่องกำเนิดความร้อน เป็นต้น
Water heating
Solar water heaters face the equator and are angled according to latitude to maximize solar gain.
การทำความร้อนด้วยแสงอาทิตย์จะอาศัยพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ส่งไปยังน้ำ เมื่อตำแหน่งของที่ตั้งเครื่องทำน้ำอุ่นจากแสงอาทิตย์อยู่ใต้เส้นละติจูด (ต่ำกว่า 40 องศา) จะสามารถใช้พลังงานจากแสงได้ 60 - 70% นำพลังงานนี้ไปทำน้ำอุ่นเพื่อใช้ในบ้านได้ความร้อนประมาณ 60 เซลเซียส เครื่องทำน้ำอุ่นทั่วไปจะอาศัยท่อบรรจุน้ำ เคลือบด้วยวัสดุสีดำเพื่อดูดแสงและจัดเรียงท่อเป็นแนวระนาบเพื่อรับแสงอาทิตย์ได้มากที่สุด นอกจากนั้นอาจจะมีแท็งก์เก็บน้ำที่อุ่นแล้ว เพื่อจะได้ปริมาณน้ำอุ่นใช้ในบ้านมากยิ่งขึ้น แท็งก์อาจจะมีระบบรักษาความร้อนเพื่อเก็บรักษาอุณหภูมิน้ำอุ่นได้นานขึ้น ในปีค.ศ. 2007 ปริมาณน้ำร้อนที่ได้จากดวงอาทิตย์มีประมาณ 154 GW ประเทศจีนเป็นผู้นำด้านการผลิตน้ำร้อนจากแสงอาทิตย์ โดยมีส่วนแบ่งจากปริมาณทั้งหมดถึง 70 GW และในอนาคต ปีค.ศ. 2020 คาดว่าจะมีปริมาณน้ำร้อนถึง 210 GW ประเทศอิสราเอลเป็นผู้นำด้านการใช้เทคโนโลยีผลิตน้ำร้อนจากแสงอาทิตย์ โดย 90 % ของบ้านทั้งหมดใช้เทคโนโลยีนี้ สหรัฐอเมริกา ออสเตรเลีย แคนาดา ใช้น้ำร้อนจากแสงอาทิตย์ในสระว่ายน้ำคิดเป็น 18 GW ในปีค.ศ.2005
MIT''s Solar House#1 built in 1939 used seasonal thermal storage for year-round heating.
ในสหรัฐอเมริกาพลังงานที่ใช้ทำความร้อน ระบายอากาศ เครื่องปรับอากาศ 30%(4.65 EJ)เป็นพลังงานที่ใช้เกี่ยวกับการค้า, 50%(10.1 EJ)เป็นพลังงานที่ใช้ในที่พักอาศัย การใช้พลังงานแสงอาทิตย์สามารถจะช่วยลดส่วนแบ่งของพลังงานดังกล่าวนี้ได้
เมื่อพูดถึงมวลที่จุความร้อนได้จะรวมไปถึง ก้อนหิน ซีเมนต์และน้ำด้วย การใช้วัสดุเก็บความร้อนสามารถใช้ทำเป็นที่อยู่อาศัยเก็บความร้อนจากดวงอาทิตย์ได้ในตัวมันเพื่อทำให้บ้านเย็น ในตอนกลางคืนมันก็จะปล่อยพลังงานความร้อนที่สะสมไว้ออกมาเพื่อทำให้บ้านอบอุ่น นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในกับบ้านที่อยู่ในเขตหนาววัสดุเก็บความร้อนนี้จะช่วยรักษาความอบอุ่นในบ้านไว้ ซึ่งในแต่ละกรณีก็มีปัจจัยหลายๆอย่างมาเกี่ยวข้อง เช่น ขนาดของที่อยู่อาศัย ชนิดของวัสดุเก็บความร้อน รวมไปถึงสภาพอากาศ ช่วงเวลาที่โดนแสง ช่วงเวลาที่ไม่โดนแสงอีกด้วย
การทำปล่อยไฟไว้บนหลังคาบ้าน จะเป็นตัวเชื่อมต่ออากาศภายในบ้านและภายนอกบ้าน เมื่ออากาศภายในบ้านมีอุณหภูมิสูงจะลอยตัวขึ้นด้านบนออกไปทางปล่องไฟ ส่วนอากาศที่เย็นกว่าด้านนอกบ้านจะไหลเข้ามาแทนที่ ทำให้อุณหภูมิในบ้านไม่ร้อนมากจนเกินไป อาจจะมีอุณหภูมิเท่ากับหรือน้อยกว่าภายนอกบ้าน การปลูกต้นไม้ไว้ทางทิศใต้ของบ้านต้นไม้ก็จะให้ร่มเงาแต่บ้านในช่วงฤดูร้อน ส่วนในฤดูหนาวแสงก็จะสามารถเล็ดลอดกิ่งไม้มาได้เพราะใบไม้จะร่วงไปหมด
Desalination and disinfection
กระบวนการกลั่นด้วยแสงอาทิตจะสามารถผลิตน้ำดื่มจากน้ำที่มีเกลือผสมหรือน้ำกร่อยได้ โครงการกลั่นน้ำพลังงานแสงอาทิตย์แห่งใหญ่ที่แรกก่อสร้างเมื่อ ค.ศ.1872 ในกลุ่มคนชาวชิลี ของเหมืองในเมืองLas Salinas น้ำ4,700 m²สามารถกลั่นเป็นน้ำสะอาดได้ 22,700 ลิตร/วัน และโรงงานนี้ผลิตติดต่อกันมากว่า 40 ปี
Solar water disinfection (SODIS) เป็นระบบฆ่าเชื้อโดยแสงอาทิตย์ โดยการบรรจุน้ำลงขวดพลาสติกแล้วนำไปผ่านแสงอาทิตย์หลายๆชั่วโมง ซึ่งก็ขึ้นอยู่กับสภาพอากาศว่ามืดคลื้มหรืออากาศแจ่มใสไม่มีเมฆ ระบบ SODIS ถูกแนะนำให้ใช้เพื่อผลิตน้ำดื่มสะอาดโดย World Health Organization
Cooking
The Solar Bowl in Auroville, India, concentrates sunlight on a movable receiver to produce steam for cooking.
พลังงานความร้อนของดวงอาทิตย์สามารถใช้ในการปรุงอาหาร การพาสเจอไรด์ การอบแห้ง ซึ่งจะช่วยลดค่าเชื้อเพลิงในการปรุงอาหารแบบปกติลงได้ แลช่วยลดมลพิษทางอากาศเพราะการปรุงแบบนี้ไม่ทำให้เกิดควัน ตัวอย่างแรกของกล่องทำอาหารที่ใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์ถูสร้างโดย Horace de Saussure ในปีค.ศ. 1767 ส่วนประกอบพื้นฐานกล่องทำอาหารได้แก่ ภาชนะปรุงอาหารที่มีฝาปิดโปร่งแสง แผ่นสะท้อนแสงอาทิตย์เพื่อให้ไปโฟกัสที่จุดที่ภาชนะปรุงอาหารตั้งอยู่ เมื่อกำการหันแผ่นสะท้อนแสงไปรับแสงจากดวงอาทิตย์สามารถสร้างอุณหภูมิที่วัสดุที่ใช้ปรุงอาหารให้ทีความร้อนประมาณ 50-100 องศาเซ็นเซียส สะท้อนแสงอาทิตย์ส่วนมากจะเป็นรูปทรงเรขาคณิตที่บางเป็นทรงจานโค้ง(parabolic ) การออกแบบรูปทรงแผ่นรวมแสงที่เหมาะสมและทำให้แผ่นรวมแสงเคลื่อนที่ตามแนวการโคจรของดวงอาทิตย์ตลอดเวลาจะทำให้ได้อุณหภูมิสูงถึง 315 องศาเซลเซียส
รูปแบบเฉพาะของวัสดุรวมแสงแบบหนึ่งได้ถูกสร้างเพื่อการทำอาหารที่ Auroville ประเทศอินเดีย โดยตัวรวมแสงจะเป็นทรงครึ่งทรงกลมอยู่นิ่งกับที่ แต่ว่าจะมีการปรับโฟกัสให้ตั้งฉากกับแสงอาทิตย์โดยระบบคอมพิวเตอร์ ตัวจานสะท้อนแสงจะอยู่นิ่งแต่จุโฟกัสจะเคลื่อนที่ไปเรื่อย ๆ ตามการคำนวณจากคอมพิวเตอร์เพื่อให้ได้อุณหภูมิสูงสุด ประมาณ 150 องศาเซลเซียส ตัวสะท้อนแสงแบบอีกแบหนึ่งถูกพัฒนาโดย Wolfgang Scheffler ในปีค.ศ.1986 เป็นรูปแบบของจานโค้งที่สามารถงอได้ และปรับการหมุนตามแนวการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์ได้เอง สามารถให้ความร้อนระหว่าง 450-650 °C และสามารถเลือกจุดโฟกัสเพื่อควบคุมอุณหภูมิได้ในกรณีของการทำอาหาร
Process heat
STEP parabolic dishes used for steam production and electrical generation.
การออกแบบโครงการจานสะท้อนแสงรวมขนาดใหญ่เพื่อการค้าเป็นแห่งแรกชื่อว่า Solar Total Energy Project (STEP) in Shenandoah, Georgia ประกอบด้วนจานโค้งขนาดใหญ่ 114 จาน 50%ของพลังงานจะนำไปใช้กับเครื่องปรับกาอากาศ สร้างกระแสไฟฟ้าให้โรงงานทอผ้า และสร้างวามร้อน เครื่องผลิตกระแสไฟฟ้าความร้อนร่วมสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ 400 kW และผลิตความร้อนจากไอน้ำได้ 3 MW รวมทั้งมีระบบสำรองความร้อน ในกรณีท้องฟ้าไม่แจ่มใสระบบจะผลิตความร้อนได้ไม่เพียงพอต้องดึงความร้อนจากที่เก็บสะสมจากช่วงที่มีแดดจ้า(ผลิตความร้อนได้มากเกินต้องการ)เอามาใช้ เพื่อรักษาเสถียรภาพของกำลังการผลิต
Solar electricity
เทคโนโลยีด้านพลังงานแสงอาทิตย์จะเปลี่ยนแสงแดดให้กลายเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยอาศัยเซลล์แสงอาทิตย์(photovoltaics:PV) หลักการทำงานของเซลล์คือ เซลล์จะเป็นหน่วยย่อยหน่วยหนึ่งที่สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้จำนวนหนึ่ง เมื่อต้องการพลังงานไฟฟ้ามากขึ้นก็อาศัยการต่อเซลล์หลายๆเซลล์เข้าด้วยกัน ตัวอย่างของโรงไฟฟ้าที่สร้างเสร็จในปี 2007 โรงไฟฟ้าขนาด 14 MW ใน Clark County, Nevadaและโรงไฟฟ้าขนาด 20 MW ใน Beneixama, ประเทศสเปนพยายามพัฒนาโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ที่สุดในยุโรปและอเมริกา
Photovoltaics
Solar cells power the international Space Station.
Concentrating solar power
Dish engine systems eliminate the need to transfer heat to a boiler by placing a Stirling engine at the focal point.
จากรูป เป็นโรงไฟฟ้าที่ผลิตไฟฟ้าและความร้อนจากจุดโฟกัสของจานสะท้อนแสงโดยตรง เพราะต้องการตัดปัญหาการส่งความร้อนจากจานผลิตไปยังโรงผลิตไฟฟ้า ความร้อนจะสูญเสียไประหว่างการขนส่งได้ จึงตัดปัญหาโดยการออกแบบให้จานรวมแสงสามารถผลิตไฟฟ้าและความร้อนได้โดยตรง
The PS10 concentrates sunlight from a field of heliostats on a central tower.
จากรูปเป็นโรงผลิตไฟฟ้าโดยอาศัยความร้อนจากดวงอาทิตย์ จะตั้งแผ่นกระจกย่อยรอบๆหอสูงที่บรรจุเกลือชนิดหนึ่งเอาไว้ เมื่อมีแสงแดดกระจกจะทำหน้าที่สะท้อนแสงไปยังหอที่บรรจุเกลือ เมื่อเกลือได้รับความร้อนสูงเพิ่มขึ้นๆก็จะหลอมเหลวและนำความร้อนในเกลือไปผลิตเป็นไฟฟ้าต่อไป
Solar vehicles
Australia hosts the World Solar Challenge where solar cars like the Nuna3 race through a 3,021 km (1,877 mi) course from Darwin to Adelaide.
ในยุคที่ราคาน้ำมันสูงขึ้น และไม่มีแนวโน้มว่าจะลดลง ได้มีโครงการพัฒนายานยนต์ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ออกมาหลากหายรูปแบบ เพื่อเป็นทางเลือกให้ผู้บริโภคได้เลือกใช้
Helios UAV in solar powered flight
อากาศยานไร้คนขับลำนี้เป็นต้นโครงการทดลองของนาซ่า ออกแบบมาเพื่อทดสอบชั้นบรรยากาศโลกระดับสูง และการประยุกต์ใช้อื่นๆ เช่น การถ่ายภาพ สอดแนม เป็นต้น
Energy storage methods
Solar Two''s thermal storage system allowed it to generate electricity during cloudy weather and at night.
โรงไฟฟ้าแบบผสมพลังงานความร้อน เป็นโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ที่สามารถเก็บพลังงานความร้อนในตอนกลางวันเอาไว้ได้ สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ตลอด 24 ชั่วโมง ในทุกฤดูกาล
พลังงานความร้อนใต้พิภพ (Geothermal)
ลักษณะโครงสร้างภายในของโลก
พลังงานความร้อนใต้พิภพเป็นพลังงานธรรมชาติ ซึ่งเป็นอีกทางเลือกหนึ่งที่หลายคนให้ความสนใจกันในปัจจุบันนี้ สืบเนื่องมาจากปริมาณพลังงานเชื้อเพลิงประเภทต่างๆได้ลดจำนวนลง และเป็นประเภทพลังงานที่ใช้แล้วหมดทำให้ไม่เพียงพอต่อความต้องการ จึงต้องมีการสืบเสาะหาพลังงานจากธรรมชาติมาเป็นตัวทดแทน และศึกษาเพื่อที่จะนำไปประยุกต์ใช้ได้ในอนาคตโดยไม่ต้องพึ่งพลังงานเชื้อเพลิง
พลังงานความร้อนใต้พิภพเกิดจากความร้อนใต้ผิวโลกที่ถูกกักเก็บอยู่ภายใน เมื่อถึงจุดที่มีความร้อนสูงสุดจะมีแรงดันสูง และจะพยายามดันตัวขึ้นมาตามรอยแยกต่างๆ เมื่อฝนตกน้ำก็จะไปสะสมตามชั้นหิน และเมื่อเจอกับไอร้อนที่ดันขึ้นมาจากใต้ผิวโลกทำให้น้ำมีอุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้น เมื่ออุณหภูมิสูงน้ำก็จะเกิดแรงดัน ดันขึ้นมาบนพื้นโลก ซึ่งพลังงานประเภทนี้ที่เราพบโดยทั่วไปก็อยู่ในรูปของบ่อน้ำร้อน น้ำพุร้อน เป็นต้น
เราแบ่งพลังงานความร้อนใต้พิภพเป็นแหล่งใหญ่ๆได้ 4 แบบ ดังนี้
1.น้ำร้อน ส่วนใหญ่เป็นน้ำเค็ม พบได้ตามทั่วไป เราพบแหล่งชนิดนี้มากที่สุดในโลก
2.หินร้อนแห้ง เป็นแหล่งที่ไม่มีไอน้ำร้อนเลย เนื่องจากพลังงานความร้อนอยู่ในรูปหินเนื้อแน่น
3.ไอน้ำ แบ่งเป็น ไอน้ำแห้งซึ่งเหมาะแก่การผลิตกระแสไฟฟ้ามากที่สุดแต่หาได้ยาก พบในความลึกที่ลึกมาก และไอน้ำเปียก พบได้มาก จะอยู่ในรูปของไอน้ำจะมีสารประกอบของซัลเฟอร์ผสมรวมอยู่
4.แมกมา เป็นแหล่งพลังงานที่มีอุณหภูมิความร้อนสูงที่สุด พบบริเวณภูเขาไฟ แอ่งที่อยู่ใต้ภูเขาไฟ
ประวัติที่มาของพลังงานลม
พลังงานลมเป็นพลังงานหมุนเวียนที่สะอาด ที่มีต้นกำเนิดมาจากการเคลื่อนที่ของอากาศ โดยอากาศในส่วนที่ได้รับความร้อนจากดวงอาทิตย์ จะมีความหนาแน่นลดลง จึงเบาและลอยตัวขึ้นสู่เบื้องบน ขณะเดียวกันอากาศที่เย็นกว่าจะมีน้ำหนักมากกว่า จึงเคลื่อนตัวเข้ามาแทนที่ก่อให้เกิดกระแสลมพัดผ่านกระจายอยู่ทั่วไปในชั้นบรรยากาศมนุษย์จึงนำประโยชน์ที่ได้มาจากธรรมชาตินี้ มาประยุกต์ใช้ในชีวิตประจำวัน พลังงานลมถูกนำมาใช้ในการเดินเรือในหลายๆศตวรรษ ที่ผ่านมาหลายๆประเทศมีความรู้เรื่องการเดินทางโดย ใช้พลังงานลมเป็นอย่างดี จนกระทั่งเกิดการเปลี่ยนแปลง ของการเดินเรือในศตวรรษที 18 เมื่อวัตต์ (Watt) ได้คิดค้นเครื่องจักรไอน้ำขึ้นมาใช้ในการเดินเรือ จากนั้นมีการค้นพบหลักฐานว่าในศตวรรษที่ 17 กษัตริย์ของชาวบาบิโลนได้นำกังหันลมมาใช้ในการเกษตร กังหันตัวแรกเกิดขึ้น เกิดขึ้นในกลางศตวรรษที่ 7 โดยการสร้างของ ชาว persia เป็นกังหันลมชนิดแกนตั้ง ซึ่งใช้แรงลมมาปะทะในแนวนอน มีประสิทธิภาพต่ำมาก เป็นกังหันที่ทำจากวัสดุและแรงงานในท้องถิ่น การบำรุงรักษาค่อนข้างจะมีปัญหา เนื่องจากต้องใช้แรงงานจำนวนมาก ต่อจาดนั้นมนุษย์ได้พัฒนากังหันพลังงานลมในรูปแบบต่างๆที่สำคัญที่สุด กังหันลมได้ถูกนำมาประยุกต์ใช้ในการผลิตไฟฟ้า
สามารถแบ่งประเภทของกังหันลมได้ ดังนี้
1. กังหันลมแนวแกนตั้ง (Vertical Axis Turbine (VAWT)
เป็นกังหันลมที่มีแกนหมุนและใบพัดตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ของลมในแนวราบซึ่งทำให้สามารถรับลมในแนวราบได้ทุกทิศทาง มีเพียง 2 แบบ คือ กังหันลมแดร์เรียส (Darrieus) ซึ่งประดิษฐ์ขึ้นครั้งแรกประเทศฝรั่งเศส และกังหันลมซาโวเนียส (Savonius) ซึ่งประดิษฐ์ขึ้นครั้งแรกในประเทศฟินแลนด์ กันหันลมแบบแกนตั้งมีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนแปลงพลังงานต่ำกว่ามีข้อจำกัดในการขยายเขตให้มีขนาดใหญ่และการยกชุดพัดเพื่อรับแรงลม การพัฒนาจึงอยู่ในวงจำกัดและความไม่ต่อเนื่อง ปัจจุบันมีการใช้งานกังหันลมแบบแกนตั้งน้อยมาก
2. กังหันลมแนวแกนนอน (Horizontai Axis Wind Turbine (HAWT))
เป็นกังหันลมทีมีแกนหมุนขนานกับทิศทางของลม โดยมีใบพัดเป็นตัวตั้งฉากรับแรงลม ได้แก่ กังหันลม วินด์มิลล์ (Windmills) กังหันลมใบเสื่อลำแพน กังหันลมชนิดหลายใบพัดสำหรับสูบน้ำ กังหันลมชนิด1.2.3.4.หรือ 6 ใบพัดสำหรับผลิตกระแสไฟฟ้าซึ่งกังหันลมผลิตไฟฟ้าชนิด 3 ใบพัดได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง และมีการใช้งานมากที่สุดในปัจจุบันเนื่องจากมีประสิทธิภาพ ในการเปลี่ยนพลังงานสูง
เชื้อเพลิงชีวภาพ(Biofuel)
เชื้อเพลิงชีวภาพหรือ Biofuel เป็นเชื้อเพลิงที่ได้จากชีวมวล(Biomass)โดยผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสงแล้วสะสมเป็น พลังงานเคมีอยู่ในรูปสารอินทรีย์(ชีวมวล=สารอินทรีย์ที่ได้จากสิ่งมีชีวิต)
เชื้อเพลิงชีวภาพมี 3 รูปแบบ
1.ของแข็ง ได้แก่ ไม้ ฟางข้าว ซังข้าวโพด ชานอ้อย มูลสัตว์ เปลือกสัตว์หรือเปลือกพืช เป็นต้น
2.ของเหลว แบ่งได้เป็น 3 ประเภท
• แอลกฮอล์ แอลกอฮอล์ที่นำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงมี 2 ชนิดคือ เอทานอลและเมทานอล
• นำมันจากพืชและสัตว์ ได้แก่ น้ำมันพืชบริสุทธิ์ น้ำมันพืชที่ใช้แล้ว ไขสัตว์ และไบโอดีเซลที่ผลิตจากน้ำมันพืชโดยผ่านกรรมวิธีทางเคมี
• น้ำมันจากขยะ น้ำมันซึ่งมีคุณลักษณะทางเคมีและกายภาพคล้ายคลึงกับปิโตรเลียม สามารถสกัดจากขยะชีวมวลมาใช้งานได้
3.ก๊าซชีวภาพ ส่วนใหญ่ คือ ก๊าซมีเทนที่ได้จากการหมักมูลสัตว์หรือของเสียจากโรงเลี้ยงสัตว์
ปัจจุบันประเทศไทยยังไม่สามารถผลิตพลังงานได้พอกับความต้องการ ที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องด้วยเหตุนี้จึงต้องมีการค้นคว้าและพัฒนาอย่างเร่งด่วน โดยเชื้อเพลิงชีวภาพที่ใช้อยู่ในประเทศไทย ได้แก่ เอทานอล น้ำมันแก๊สโซฮอล์ น้ำมันพืชและไบโอดีเซล
เอทานอล
เอทานอล หรือ เอทิลแอลกอฮอล์ คือ แอลกอฮอล์ชนิดหนึ่งที่มีลักษณะเป็นของเหลวใส ติดไฟง่าย สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้หลากหลาย เช่น ใช้ผลิตอาหารและเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ ใช้เป็นตัวทำละลายในอุตสาหกรรม ใช้เป็นเชื้อเพลิง ฯลฯ
การผลิตเอทานอลจากพืชผลทางการเกษตรมี 2 กระบวนการหลัก คือ กระบวนการหมัก (Fermentation) และกระบวนการกลั่น (Distillation)
รูปแบบการใช้เอทานอล
1. ใช้เป็นเชื้อเพลิงโดยตรง ทดแทนน้ำมันเบนซินและน้ำมันดีเซล
2. นำไปผสมกับน้ำมันเบนซิน หรือน้ำมันดีเซลในสัดส่วนต่างๆ
3. ใช้เป็นสารเพิ่มค่าออกเทนในน้ำมันเบนซิน
น้ำมันแก๊สโซฮอล์
น้ำมันแก๊ซโซฮอล์ คือ น้ำมันเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์เบนซินที่ได้จากการผสมระหว่างน้ำมันเบนซินไร้สารตะกั่ว ออกเทน91 กับเอทานอลบริสุทธิ์ ในอัตราส่วน9:1 น้ำมันแก็สโซฮอล์จะมีคุณภาพเช่นเดียวกับน้ำมันเบนซินออกเทน 95 ทุกประการ
ผลดีต่อเครื่องยนต์
• การเผาไหม้สมบูรณ์กว่าน้ำมันเบนซิน ออกเทน 95
• ไม่มีผลกระทบต่อสมรรถนะการใช้งานของเครื่องยนต์
• ไม่ต้องปรับแต่งเครื่องยนต์
ผลดีต่อประเทศ
• ช่วยลดการนำเข้าน้ำมันเชื้อเพลิง
• ยกระดับราคาพืชผลทางการเกษตรได้มากขึ้น
• ช่วยลดมลพิษไอเสียทางอากาศ และแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อม
น้ำมันพืช
น้ำมันพืช คือ น้ำมันที่ผลิตได้จากพืชชนิดต่างๆ เช่น ถั่วลิสง ถั่วเหลือง เมล็ดดอกทานตะวัน ดอกคำฝอย ปาล์มน้ำมัน มะพร้าว ละหุ่ง สบู่ดำ ฯลฯ
น้ำมันพืชมีคุณสมบัติใกล้เคียงกับน้ำมันดีเซลมากกว่าเบนซิน จึงเหมาะใช้น้ำมันพืชกับเครื่องยนต์ดีเซล แต่การใช้น้ำมันพืชมีปัญหาหลายอย่าง เช่น ปัญหาในการป้อนน้ำมัน เกิดคราบเขม่าเกาะที่หัวฉีด ผนังลูกสูบ แหวนและวาล์ว การใช้งานในที่ที่มีอุณหภูมิต่ำ น้ำมันพืชระเหยได้ช้า ทำให้จุดระเบิดได้ช้า ดังนั้นน้ำมันพืชจึงไม่เป็นที่นิยมมากนัก
การนำน้ำมันพืชไปใช้เป็นเชื้อเพลิง
• การกลั่นน้ำมันพืชให้บริสุทธิ์เพื่อกำจัดยางเหนียว ไขมัน กลิ่น สี ฯลฯ
• การนำน้ำมันพืชไปผสมกับน้ำมันดีเซลหรือน้ำมันอื่นๆ ในอัตราส่วนที่เหมาะสม
•การผลิตเป็นไบโอดีเซลโดยนำน้ำมันพืชไปผ่านกระบวนการทางเคมีเพื่อให้เกิดเป็นสารเอสเตอร์ซึ่งมีคุณลักษณะทางเคมีและกายภาพใกล้เคียงน้ำมันดีเซล
ไบโอดีเซล
ไบโอดีเซลคือ เชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์ดีเซลที่ผลิตได้จาก น้ำมันพืช ไขมันสัตว์ หรือน้ำมันปรุงอาหารที่ใช้แล้ว ซึ่งได้รับการกำจัดยางเหนียวและสิ่งสกปรกออก และนำไปผ่านกระบวนการทางเคมีที่เรียกว่า Transesterification โดยการเติมแอลกอฮอล์โดยเป็นกระบวนการแยกกลีเซอรีนออกจากน้ำมันนั่นเอง
สมบัติของไบโอดีเซล
ไบโอดีเซลเป็นสารไม่ไวไฟและไม่ระเบิด เป็นเชื้อเพลิงสะอาด ช่วยให้ประสิทธิภาพการเผาไหม้ของเครื่องยนต์ดีขึ้น เมื่อเปรียบเทียบการใช้น้ำมันดีเซลแล้ว ไบโอดีเซลจะช่วยลดมลพิษทางอากาศได้มาก โดยปริมาณคาร์บอนมอนอกไซด์ ไฮโดรคาร์บอน และฝุ่นละอองลดลงร้อยละ 20-40 และยังช่วยลดควันดำได้ถึงร้อยละ 60
จากการค้นคว้า วิจัย ทำให้เกิดพลังงานทางเลือกที่นำมาใช้ประโยชน์ได้ในรูปแบบต่างๆ กัน ทำให้มนุษย์ สามารถนำพลังงานทดแทนเหล่านี้ มาใช้แทนพลังงานเชื้อเพลิงที่ไม่สามารถผลิตขึ้นมาใหม่ได้ พลังงานทางเลือก ถือเป็นพลังงานบริสุทธิ์ ที่นำผสมผสานกับเทคโนโลยี และมีประสิทธิภาพเท่าเทียมกับเชื่อเพลิง ประเภทน้ำมัน และยังรักษาสภาพแวดล้อมอีกด้วย ดังนั้น พลังงานทางเลือก จึงถือเป็นอีกทางเลือก ของแต่ละประเทศที่จะนำมาประยุกต์ใช้ แล้วแต่สภาพแวดล้อม และเศรษฐกิจของประเทศนั้นๆ ให้เกิดการพัฒนาประสิทธิภาพรวดเร็วยิ่งขึ้น
|
