ประยุกต์ใช้พลังงานจากลม

การประยุกต์ใช้พลังงานจากลม เริ่มจากการค้นพบบันทึกเกี่ยวกับโรงสีข้าวพลังงานลม (windmills) โดยใช้ระบบเครื่องโม่ในแกนตั้ง ซึ่งเป็นเครื่องโม่แบบง่ายๆ นิยมใช้กันในพื้นที่ภูเขาสูงโดยชาวแอฟแกน (Afghan) เพื่อการสีเมล็ดข้าวเปลือกในช่วงศตวรรษที่ 7 ก่อนคริสต์กาล ส่วนโรงสีข้าวพลังงานลมแบบแกนหมุนแนวนอนพบครั้งแรกแถบเปอร์เซีย ทิเบตและ จีน ประมาณคริสต์ศักราชที่ 1000 โรงสีข้าวพลังงานลมชนิดแกนหมุนในแนวนอน ได้แพร่หลายไปจนถึงประเทศแถบเมดิเตอร์เรเนียนและประเทศยุโรปตอนกลาง โรงสีข้าวแบบแกนหมุนแนวนอนพบครั้งแรกในประเทศอังกฤษประมาณปี ค.ศ. 1150 พบในฝรั่งเศสปี ค.ศ. 1180 พบในเบลเยียมปี ค.ศ. 1190 พบในเยอรมันปี ค.ศ. 1222 และ พบในเดนมาร์กปี ค.ศ. 1259 การพัฒนาและแพร่หลายอย่างรวดเร็วของโรงสีข้าวแบบแกนหมุนแนวนอนมาจากอิทธิพลของนักรบครูเซด ซึ่งเป็นผู้นำความรู้เกี่ยวกับโรงสีข้าวพลังงานลมจากเปอร์เซียมาสู่หลายพื้นที่ของยุโรป
ในยุโรปโรงสีข้าวพลังงานลมได้รับการพัฒนาสมรรถนะอย่างต่อเนื่อง โดยเฉพาะระหว่างช่วงศตวรรษที่ 12 และ ศตวรรษที่ 19 ในปี ค.ศ. 1800 ในประเทศฝรั่งเศสมีโรงสีข้าวพลังงานลมแบบยุโรปใช้งานอยู่ประมาณ 20,000 เครื่อง ในประเทศเนเธอร์แลนด์พลังงานที่ใช้ในอุตสาหกรรม ในช่วงเวลานั้นมาจากพลังงานลมถึงร้อยละ 90 ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 โรงสีข้าวพลังงานลมมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางแกนหมุน 25 เมตร ตัวอาคารมีความสูงถึง 30 เมตร ตัวอย่างโรงสีข้าวพลังงานลมแบบยุโรปดังแสดงในภาพที่ 6.1 ซึ่งในช่วงเวลานั้นการใช้พลังงานลมไม่ได้มีเพียงแค่การสีข้าวแต่ยังมีการประยุกต์ใช้สำหรับการสูบนํ้าอีกด้วย ต่อมาในยุคปฏิวัติอุตสาหกรรมโรงสีข้าวพลังงานลมเริ่มมีการใช้งานลดลง อย่างไรก็ตามในปี ค.ศ. 1904 การใช้พลังงานจากลมยังมีอัตราส่วนถึงร้อยละ 11 ของพลังงานในภาคอุตสาหกรรมของประเทศเนเธอร์แลนด์ และในประเทศเยอรมันยังมีโรงสีข้าวชนิดนี้ติดตั้งอยู่กว่า 18,000 เครื่อง

 

ในช่วงเวลาเดียวกับที่โรงสีข้าวพลังงานลมในยุโรปเริ่มเสื่อมความนิยม เทคโนโลยีนี้กลับได้รับการเผยแพร่ในทวีปอเมริกาเหนือโดยผู้ที่ไปตั้งถิ่นฐานใหม่ มีการใช้กังหันลมสูบนํ้าขนาดเล็กสำหรับงานปศุสัตว์ซึ่งได้รับความนิยมมาก กังหันลมชนิดนี้เป็นที่รู้จักกันในนามกังหันลมแบบอเมริกัน (american windmill) ซึ่งใช้ระบบการทำงานแบบควบคุมตัวอย่างสมบูรณ์ (fully self-regulated) โดยสามารถปรับความเร็วของแกนหมุนได้เมื่อความเร็วลมสูง ในขณะที่โรงสีข้าวพลังงานลมของยุโรปสามารถบิดตัวใบพัดออกจากทิศทางลมได้หรือสามารถม้วนใบพัดเก็บได้หากความเร็วลมสูงจนเกินไปเพื่อป้องกันความเสียหายที่จะเกิดขึ้นกับตัวโรงสีข้าว ความนิยมของกังหันลมแบบอเมริกันเพิ่มขึ้นสูงมากระหว่างปี ค.ศ. 1920 – 1930 มีกังหันลมประมาณ 600,000 ตัวถูกติดตั้งเพื่อใช้งาน ในปัจจุบันกังหันลมแบบอเมริกันหลายแบบยังคงถูกนำมาใช้งานเพื่อวัตถุประสงค์ทางการเกษตรและกิจกรรมต่างๆ ทั่วโลก
สำหรับประเทศไทยผู้เชี่ยวชาญทางด้านพลังงานลม ได้ประเมินการใช้งานกังหันลมแบบใบพัดที่ทำด้วยไม้ซึ่งใช้ในนาข้าวมีจํานวนอยู่ประมาณ 2,000 ตัว และกังหันลมแบบเสื่อลําแพนหรือแบบผ้าใบซึ่งใช้ในนาเกลือหรือนากุ้งมีจํานวนอยู่ประมาณ 3,000 ตัว ต่อมาได้พบว่าจํานวนกังหันลมดังกล่าวลดลงอย่างรวดเร็ว เนื่องจากมีการเปลี่ยนแปลงรูปแบบการพัฒนาพื้นที่เกษตรกรรมให้เป็นพื้นที่อุตสาหกรรม ในปี พ.ศ 2531 มีการสํารวจจํานวนกังหันลมเฉพาะในบริเวณ 20 ตารางกิโลเมตร ของจังหวัดสมุทรสาครและสมุทรสงคราม พบว่ามีกังหันลมเหลืออยู่เพียง 667 ตัว กังหันลมดังกล่าวถือได้ว่าเป็นชนิดดั้งเดิมจากภูมิปัญญาชาวบ้าน แต่สามารถใช้แทนพลังงานไฟฟ้าเพื่อการสูบนํ้าได้เป็นอย่างดี (กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน. 2546. ออน-ไลน์)
ในปี ค.ศ. 1891 แดน พอล ลาคูร์ (Dane Poul LaCour) วิศวกรชาวเดนมาร์กเป็นคนแรก ที่สร้างกังหันลมผลิตไฟฟ้าขึ้น เทคโนโลยีนี้ได้รับการพัฒนาระหว่างช่วงสงครามโลกครั้งที่ 1 และ 2 โดยใช้เทคโนโลยีนี้เพื่อทดแทนการขาดแคลนพลังงานในขณะนั้น บริษัท เอฟ เอล ชมิทธ์ (F.L. Smidth) ของเดนมาร์กถือได้ว่าเป็นผู้ริเริ่มกังหันลมผลิตไฟฟ้าแบบสมัยใหม่ในปี ค.ศ. 1941-1942 กังหันลมของบริษัทนี้เป็นกังหันลมแบบสมัยใหม่ตัวแรกที่ใช้แพนอากาศ (airfoils) ซึ่งใช้ความรู้ขั้นสูงทางด้านอากาศพลศาสตร์ในเวลานั้น ในช่วงเวลาเดียวกัน พาลเมอร์ พุทแนม (Palmer Putnam) ชาวอเมริกันได้สร้างกังหันลมขนาดใหญ่ให้กับบริษัท มอร์แกน สมิทธ์ (Morgan Smith Co.) กังหันลมที่สร้างขึ้นมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 53 เมตร ซึ่งมีความแตกต่างจากกังหันลมของเดนมาร์กทั้งในเรื่องของขนาดและหลักการออกแบบ กังหันลมของเดนมาร์กมีหลักการอยู่บนพื้นฐานของการหมุนโดยลมส่วนบน (upwind rotor) กับการควบคุมผ่านตัวล่อ (stall regulation) ทำงานที่ความเร็วลมตํ่า ส่วนกังหันลมของพุทแนมออกแบบอยู่บนพื้นฐานของการหมุนโดยลมส่วนล่าง (downwind rotor) กับการควบคุมโดยการปรับใบพัด (variable pitch regulation) อย่างไรก็ตามกังหันลมของพุทแนมก็ไม่ประสบความสำเร็จและถูกรื้อออกในปี ค.ศ. 1945 (Thomas & Lennart. 2002 : 67-128)

 

หลังจากสงครามโลกครั้งที่ 2 ในช่วงปี ค.ศ. 1956 – 1967 โจฮันเนส จูล (Johannes Juul) ชาวเดนมาร์กได้พัฒนาและออกแบบกังหันลมใหม่เพิ่มเติมและทำการติดตั้งที่เมืองเกดเซอร์ (Gedser) ประเทศเดนมาร์กสามารถผลิตไฟฟ้าได้กว่า 2.2 ล้านหน่วย และในเวลาเดียวกันนี้ ฮุตเตอร์ (Hutter) ชาวเยอรมันก็ได้พัฒนากังหันลมรูปแบบใหม่เหมือนกัน โดยกังหันลมของฮุตเตอร์ประกอบด้วยใบกังหันมีลักษณะเรียวยาวทำจากไฟเบอร์กลาสส์ (fiberglass) 2 ใบ กังหันลมชนิดนี้มีประสิทธิภาพสูง
อย่างไรก็ตามแม้ว่ากังหันลมของจูลและฮุตเตอร์จะประสบความสำเร็จในตอนแรก แต่ความสนใจในกังหันลมเพื่อการผลิตไฟฟ้าขนาดใหญ่ก็ลดลงหลังจากสงครามโลกครั้งที่ 2 มีเพียงกังหันลมขนาดเล็กสำหรับผลิตไฟฟ้าในพื้นที่ห่างไกล หรือสำหรับการประจุแบตเตอรี่เท่านั้นที่ยังได้รับความสนใจ ต่อมาหลังเกิดปัญหาวิกฤตการณ์นํ้ามันในปี ค.ศ. 1973 ทำให้ความสนใจในพลังงานลมได้กลับมาอีกครั้ง จากเหตุผลดังกล่าวจึงมีการสนับสนุนเงินทุนเพื่อการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีสำหรับพลังงานลมเป็นอย่างมากโดยเฉพาะในประเทศเยอรมัน สหรัฐอเมริกา และสวีเดน ซึ่งได้ใช้เงินนี้ในการพัฒนาต้นแบบกังหันลมเพื่อการผลิตไฟฟ้าขนาดใหญ่ในระดับเมกะวัตต์ อย่างไรก็ตามกังหันลมต้นแบบหลายๆแบบไม่ประสบความสำเร็จเท่าที่ควรทั้งที่ผ่านมาเป็นเวลานาน สาเหตุมาจากปัญหาทางเทคนิคหลายๆ ประการ เช่น กลไกการบิดของใบพัด (pitch mechanism) เป็นต้น
ในประเทศสหรัฐอเมริกา ได้มีการสนับสนุนเงินทุนเพื่อกระตุ้นให้มีการพัฒนาพลังงานลมเป็นอย่างมาก ตัวอย่างที่สามารถเห็นได้ชัดเจนถึงผลของการกระตุ้นในครั้งนี้ เช่น ทำให้เกิดทุ่งกังหันลม (wind farms) ขนาดใหญ่ติดตั้งอยู่ตามเทือกเขาทางตะวันออกของซานฟรานซิสโก และทางตะวันออก เฉียงเหนือของลอสแอนเจลิส ทุ่งกังหันลมแห่งแรกนี้ประกอบไปด้วยกังหันลมขนาด 50 กิโลวัตต์ เป็นส่วนใหญ่ หลายปีผ่านไปขนาดของกังหันลมรุ่นใหม่เพิ่มขึ้นเป็น 200 กิโลวัตต์ ซึ่งเกือบทั้งหมดนำเข้าจากประเทศเดนมาร์ก ในช่วงสิ้นปี ค.ศ. 1980 มีกังหันลมติดตั้งอยู่ในแคลิฟอร์เนีย ประมาณ 15,000 ตัว ด้วยขนาดกำลังการผลิตไฟฟ้ารวม 1,500 เมกะวัตต์
การพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานลมเป็นไปอย่างรวดเร็วจากในปี ค.ศ. 1989 ขนาดของกังหันลมในขณะนั้นมีขนาด 300 กิโลวัตต์ ด้วยขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของใบกังหัน 30 เมตร หลังจากนั้นประมาณสิบปีมีผู้ผลิตจากหลายบริษัทได้ผลิตกังหันลมขนาด 1,500 กิโลวัตต์ ด้วยขนาดเส้นผ่า ศูนย์กลางใบกังหัน 70 เมตร และในช่วงก่อนเปลี่ยนศตวรรษใหม่ กังหันลมขนาด 2 เมกะวัตต์ เส้นผ่าศูนย์กลางของใบกังหันขนาด 74 เมตรได้รับการพัฒนาและติดตั้งเพื่อใช้งาน ปัจจุบันนี้กังหันลมขนาด 2 เมกะวัตต์ กลายเป็นขนาดของกังหันลมที่ผลิตในเชิงพาณิชย์เป็นที่เรียบร้อยแล้ว และกังหันลมขนาด 4 – 5 เมกะวัตต์ กำลังอยู่ในช่วงของการพัฒนา โดยตัวต้นแบบขนาด 4.5 เมกะวัตต์ ได้มีการติดตั้งและทดสอบแล้วเมื่อปี ค.ศ. 2002

 

สำหรับหลักการทั่วไปในการนำพลังงานลมมาใช้คือ เมื่อมีลมพัดมาปะทะกับใบพัดของกังหันลม กังหันลมจะทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานลมที่อยู่ในรูปของพลังงานจลน์ไปเป็นพลังงานกลโดยการหมุนของใบพัด แรงจากการหมุนของใบพัดนี้จะถูกส่งผ่านแกนหมุนทำให้เฟืองเกียร์ที่ติดอยู่กับแกนหมุนเกิดการหมุนตามไปด้วย พลังงานกลที่ได้จากการหมุนของเฟืองเกียร์นี่เองที่ถูกประยุกต์ใช้ประโยชน์ตามความต้องการเช่น ในกรณีที่ต้องการใช้กังหันลมเพื่อการผลิตไฟฟ้าจะต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเข้าไป ซึ่งเมื่อเฟืองเกียร์ของกังหันลมเกิดการหมุนจะไปขับเคลื่อนให้แกนหมุนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมุนตามไปด้วย ด้วยหลักการนี้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าก็สามารถผลิตกระแส ไฟฟ้าออกมาได้ ส่วนในกรณีของการใช้กังหันลมในการสูบน้ำหรือสีข้าวสามารถนำเอาพลังงานกลจากการหมุนของเฟืองเกียร์นี้ไปประยุกต์ใช้ได้โดยตรง

พลังงานลม

 

ลมเป็นแหล่งพลังงานสะอาดชนิดหนึ่งที่สามารถใช้ได้อย่างไม่มีวันหมด ในปัจจุบันได้มีการใช้ประโยชน์จากพลังงานลมเพื่อผลิตพลังงานไฟฟ้า ทดแทนการผลิตด้วยพลังงานจากซากดึกดำบรรพ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแถบประเทศยุโรปได้มีการพัฒนาเทคโนโลยีกังหันลมเพื่อผลิตไฟฟ้าในเชิงพาณิชย์ ซึ่งกังหันลมขนาดใหญ่แต่ละตัวสามารถผลิตไฟฟ้าได้ 4-5 เมกะวัตต์ และนับวันจะยิ่งได้รับการพัฒนาให้มีขนาดใหญ่ขึ้นและมีประสิทธิภาพสูงขึ้น สำหรับประเทศไทยการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีทางด้านพลังงานลมยังมีค่อนข้างน้อยมาก อาจเป็นเพราะศักยภาพพลังงานลมในประเทศเราไม่สูงมากนักเมื่อเทียบกับประเทศอื่นๆ อย่างไรก็ตามหากเรามีพื้นฐานความรู้ก็สามารถประยุกต์ใช้เทคโนโลยีพลังงานลมร่วมกับแหล่งพลังงานอื่นๆ เพื่อความมั่นคงในการผลิตไฟฟ้าได้ อย่างเช่นที่สถานีไฟฟ้าแหลมพรหมเทพ จังหวัดภูเก็ต ได้ทดลองใช้กังหันลมผลิตไฟฟ้าร่วมกับระบบเซลล์แสงอาทิตย์และต่อเข้ากับระบบสายส่ง ดังนั้นการศึกษา เรียนรู้ วิจัย และพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานลมก็เป็นส่วนหนึ่งที่จะช่วยลดการใช้พลังงานซากดึกดำบรรพ์จะเป็นการช่วยประเทศไทยลดการนำเข้าแหล่งพลังงานจากต่างประเทศอีกทางหนึ่ง
การเกิดและประเภทของลม
ลม (wind) สาเหตุหลักของการเกิดลมคือดวงอาทิตย์ ซึ่งเมื่อมีการแผ่รังสีความร้อนของดวงอาทิตย์มายังโลก แต่ละตำแหน่งบนพื้นโลกได้รับปริมาณความร้อนไม่เท่ากัน ทำให้เกิดความแตกต่างของอุณหภูมิและความกดอากาศในแต่ละตำแหน่ง บริเวณใดที่มีอุณหภูมิสูงหรือความกดอากาศต่ำอากาศในบริเวณนั้นก็จะลอยตัวขึ้นสูง อากาศจากบริเวณที่เย็นกว่าหรือมีความกดอากาศสูงกว่าจะเคลื่อนที่เข้ามาแทนที่ การเคลื่อนที่ของมวลอากาศนี้คือการทำให้เกิดลมนั่นเอง และจากการเคลื่อนที่ของมวลอากาศนี้ทำให้เกิดเป็นพลังงานจลน์ที่สามารถนำมาประยุกต์ใช้ประโยชน์ได้ ลมสามารถจำแนกออกได้หลายชนิดตามสถานที่ที่เกิดความแตกต่างของอุณหภูมิ ดังนี้

 

 

ลมบกลมทะเล
ลมบกและลมทะเล (land and sea breeze) เกิดจากความแตกต่างของอุณหภูมิของบริเวณทะเลกับฝั่ง โดยลมทะเลจะเกิดในตอนกลางวัน เพราะบนฝั่งมีอุณหภูมิสูงกว่าบริเวณในทะเลจึงทำให้เกิดลมจากทะเลพัดเข้าสู่ฝั่ง ส่วนลมบกเกิดในเวลากลางคืนเพราะบริเวณในทะเลจะมีอุณหภูมิสูงกว่าบนฝั่ง ทำให้เกิดลมจากฝั่งออกสู่ทะเล

 

ลมภูเขาและลมหุบเขา
ลมภูเขาและลมหุบเขา (mountain and valley winds) เกิดจากความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างสันเขาและหุบเขา โดยลมภูเขาจะพัดจากสันเขาลงไปสู่หุบเขาในตอนกลางคืน เนื่องจากบริเวณสันเขาอยู่ในที่สูงกว่าจึงเย็นเร็วกว่าหุบเขาดังนั้นจึงมีลมพัดลงจากยอดเขาสู่หุบเขา ส่วนลมหุบเขาจะพัดจากหุบเขาขึ้นไปสู่สันเขาโดยเกิดขึ้นในตอนกลางวัน เนื่องจากบริเวณหุบเขาเบื้องล่างจะมีอุณหภูมิต่ำกว่ายอดเขาจึงมีลมพัดขึ้นไปตามความสูงของสันเขา นอกจากนี้ยังมีการเรียกชื่อลมตามทิศการเคลื่อนที่ในแต่ละฤดูกาล เช่น ลมมรสุม ซึ่งหมายถึงลมที่พัดเปลี่ยนทิศทางกับการเปลี่ยนฤดูคือฤดูร้อนจะพัดอยู่ในทิศทางหนึ่งและจะพัดเปลี่ยนทิศทางเป็นตรงกันข้ามในฤดูหนาว (กรมพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน. 2546. ออน-ไลน์)

SOLASON (detail product)

 

 

 

 

SOLASON

 
 
 
 

พลังงานความร้อนใต้พิภพ

1. พลังงานความร้อนใต้พิภพคืออะไรพลังงานความร้อนใต้พิภพคือ พลังงานธรรมชาติที่เกิดจากความร้อน ที่ถูกกักเก็บอยู่ภายใต้ผิวโลก (Geo = โลก, Thermal = ความร้อน) โดยปกติแล้วอุณหภูมิภายใต้ผิวโลกจะเพิ่มขึ้น ตามความลึก กล่าวคือยิ่งลึกลงไป อุณหภูมิจะยิ่งสูงขึ้น และในบริเวณส่วนล่างของ ชั้นเปลือกโลก (Continental Crust) หรือที่ความลึกประมาณ 25-30 กิโลเมตร อุณหภูมิจะมีค่าอยู่ในเกณฑ์เฉลี่ย ประมาณ 250 ถึง 1,000ฐC ในขณะที่ตรงจุดศูนย์กลางของโลก อุณหภูมิอาจจะสูงถึง 3,500 ถึง 4,500ฐC
2. พลังงานความร้อนใต้พิภพเกิดขึ้นอย่างไรพลังงานความร้อนใต้พิภพ มักพบในบริเวณที่เรียกว่า Hot Spots คือบริเวณที่มีการไหล หรือแผ่กระจาย ของความร้อน จากภายใต้ผิวโลกขึ้นมาสู่ผิวดินมากกว่าปกติ และมีค่าการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิตามความลึก (Geothermal Gradient) มากกว่าปกติประมาณ 1.5-5 เท่า เนื่องจากในบริเวณดังกล่าว เปลือกโลกมีการเคลื่อนที่ ทำให้เกิดรอยแตกของชั้นหิน ปกติแล้วขนาดของแนวรอยแตก ที่ผิวดินจะใหญ่และค่อยๆ เล็กลงเมื่อลึกลงไปใต้ผิวดิน และเมื่อมีฝนตกลงมาในบริเวณนั้น ก็จะมีน้ำบางส่วนไหลซึม ลงไปภายใต้ผิวโลก ตามแนวรอยแตกดังกล่าว น้ำนั้น จะไปสะสมตัว และรับความร้อนจากชั้นหิน ที่มีความร้อนจนกระทั่งน้ำกลายเป็นน้ำร้อนและไอน้ำ แล้วจะพยายามแทรกตัว ตามแนวรอยแตกของชั้นหิน ขึ้นมาบนผิวดิน และปรากฏให้เห็นในรูปของบ่อน้ำร้อน, น้ำพุร้อน, ไอน้ำร้อน, บ่อโคลนเดือด เป็นต้น
3. ลักษณะของแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพที่พบในโลกแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพที่พบในโลกแบ่งเป็นลักษณะใหญ่ๆ ได้ 3 ลักษณะคือ
3.1 แหล่งที่เป็นไอน้ำส่วนใหญ่ (Steam Dominated) เป็นแหล่งกักเก็บความร้อนที่ประกอบด้วย ไอน้ำมากกว่า 95% โดยทั่วไปมักจะเป็น แหล่งที่มีความสัมพันธ์ใกล้ชิด กับหินหลอมเหลวร้อนที่อยู่ตื้นๆ อุณหภูมิของไอน้ำร้อนจะสูงกว่า 240ฐC ขึ้นไป แหล่งที่เป็นไอน้ำส่วนใหญ่นี้ จะพบน้อยมากในโลกเรา แต่สามารถนำมาใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าได้มากที่สุด เช่น The Geyser Field ในมลรัฐแคลิฟอร์เนีย ประเทศสหรัฐอเมริกา และ Larderello ในประเทศอิตาลี เป็นต้น
3.2 แหล่งที่เป็นน้ำร้อนส่วนใหญ่ (Hot Water Dominated) เป็นแหล่งกักเก็บสะสมความร้อนที่ประกอบไปด้วย น้ำร้อนเป็นส่วนใหญ่ อุณหภูมิน้ำร้อนจะมีตั้งแต่ 100ฐC ขึ้นไป ระบบนี้จะพบมากที่สุดในโลก เช่นที่ Cerro Prieto ในประเทศเม็กซิโก และ Hatchobaru ในประเทศญี่ปุ่น เป็นต้น
3.3 แหล่งหินร้อนแห้ง (Hot Dry Rock) เป็นแหล่งสะสมความร้อน ที่เป็นหินเนื้อแน่น แต่ไม่มีน้ำร้อนหรือไอน้ำ ไหลหมุนเวียนอยู่ ดังนั้นถ้าจะนำมาใช้จำเป็นต้องอัดน้ำเย็นลงไปทางหลุมเจาะ ให้น้ำได้รับความร้อนจากหินร้อน โดยไหล หมุนเวียนภายในรอยแตกที่กระทำขึ้น จากนั้นก็ทำการสูบน้ำร้อนนี้ ขึ้นมาทางหลุมเจาะอีกหลุมหนึ่ง ซึ่งเจาะลงไป ให้ตัดกับรอยแตกดังกล่าว แหล่งหินร้อนแห้งนี้ กำลังทดลองผลิตไฟฟ้า ที่ มลรัฐแคลิฟอร์เนีย ประเทศสหรัฐอเมริกา และที่ Oita Prefecture ประเทศญี่ปุ่น
4. แหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพมีอยู่ในเขตใดบ้างในโลกแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพ จะมีอยู่ในเขตที่เปลือกโลกมีการเคลื่อนที่ เขตที่ภูเขาไฟยังคุกรุ่นอยู่ และบริเวณ ที่มีชั้นของเปลือกโลกบาง จะเห็นได้ว่าบริเวณแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพ ที่พบตามบริเวณต่างๆ ของโลกได้แก่ ประเทศที่อยู่ด้านตะวันตกของทวีปอเมริกาใต้ และอเมริกาเหนือ ประเทศญี่ปุ่น ประเทศฟิลิปปินส์ ประเทศอินโดนีเซีย ประเทศต่างๆ บริเวณเทือกเขาหิมาลัย ประเทศกรีซ ประเทศอิตาลี และประเทศไอซ์แลนด์ เป็นต้น

พลังงานน้ำ

พลังงานน้ำ เป็นรูปแบบหนึ่งการสร้างกำลังโดยการอาศัยพลังงานของน้ำที่เคลื่อนที่ ปัจจุบันนี้พลังงานน้ำส่วนมากจะถูกใช้เพื่อใช้ในการผลิตไฟฟ้า นอกจากนี้แล้วพลังงานน้ำยังถูกนำไปใช้ในการชลประทาน การสี การทอผ้า และใช้ในโรงเลื่อย พลังงานของมวลน้ำที่เคลื่อนที่ได้ถูกมนุษย์นำมาใช้มานานแล้วนับศตวรรษ โดยได้มีการสร้างกังหันน้ำ (Water Wheel) เพื่อใช้ในการงานต่างๆ ในอินเดีย และชาวโรมันก็ได้มีการประยุกต์ใช้เพื่อใช้ในการโม่แป้งจากเมล็ดพืชต่างๆ ส่วนผู้คนในจีนและตะวันออกไกลก็ได้มีการใช้พลังงานน้ำเพื่อสร้าง Pot Wheel เพื่อใช้ในวิดน้ำเพื่อการชลประทาน โดยในช่วงทศวรรษ 1830 ซึ่งเป็นยุคที่การสร้างคลองเฟื่องฟูถึงขีดสุด ก็ได้มีการประยุกต์เอาพลังงานน้ำมาใช้เพื่อขับเคลื่อนเรือขึ้นและลงจากเขา โดยอาศัยรางรถไฟที่ลาดเอียง (Inclined Plane Railroad : Funicular)โดยตัวอย่างของการประยุกต์ใช้แบบนี้ อยู่ที่คลอง Tyrone ในไอร์แลนด์เหนือ อย่างไรก็ตามเนื่องจากการประยุกต์ใช้พลังงานน้ำในยุคแรกนั้นเป็นการส่งต่อพลังงานโดยตรง (Direct Mechanical Power Transmission) ทำให้การใช้พลังงานน้ำในยุคนั้นต้องอยู่ใกล้แหล่งพลังงาน เช่น น้ำตก เป็นต้น ปัจจุบันนี้ พลังงานน้ำได้ถูกใช้เพื่อการผลิตไฟฟ้า ทำให้สามารถส่งต่อพลังงานไปใช้ในที่ที่ห่างจากแหล่งน้ำได้

ประเภทของพลังงานน้ำ
ปัจจุบันนี้ พลังงานน้ำได้ถูกนำไปใช้ในหลายรูปแบบด้วยกัน
กังหันน้ำ (Waterwheel) เป็นรูปแบบการใช้พลังงานน้ำที่เก่าแก่ที่สุด
การผลิตกระแสไฟฟ้าจากพลังงานน้ำ (Hydroelectric Energy) โดยมากแล้วจะได้พลังงานประเภทนี้จากเขื่อน หรือกังหันน้ำขนาดเล็กตามกระแสน้ำเชี่ยวต่างๆ
Tidal Power
Tidal Stream Power
พลังงานคลื่น (Wave Power)

แหล่งน้ำที่กำลังเคลื่อนที่ เป็นพลังงานหมุนเวียนชนิดหนึ่งที่มีการใช้กันอย่างแพร่หลาย ไฟฟ้าที่ใช้กันทั่วโลกกว่าร้อยละ 20 ผลิตจากพลังงานน้ำ พลังงานน้ำรูปอื่น เช่น น้ำขึ้นน้ำลง และคลื่นน้ำ เป็นแหล่งพลังงานที่มีศักยภาพสูง ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์กำลังวิจัยแะลพัฒนาเทคโนโลยี เพื่อนำพลังงานเหล่านี้มาใช้อย่างมีประสิทธิภาพ และมีต้นทุนต่ำ การผลิตไฟฟ้าจากพลังน้ำ โรงไฟฟ้าพลังน้ำ ใช้พลังงานในน้ำที่กำลังเคลื่อนที่ไปหมุนกังหันเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อผลิตไฟฟ้า แม่น้ำส่วนใหญ่มีศักยภาพเพียงพอที่จะนำไปผลิตไฟฟ้าได้ แต่พบว่าในประเทศยากจนใช้พลังงานน้ำเพียงร้อยละ 10 ส่วนประเทศร่ำรวยใช้ร้อยละ 30 มีเพียง 2-3 ประเทศเท่านั้น คือ นอร์เวย์ และแคนาดา ไฟฟ้าที่ผลิตส่วนมากมาจากโรงไฟฟ้าพลังน้ำ โรงไฟฟ้าพลังน้ำแต่ละโรง ถูกออกแบบให้เหมาะสมกับขนาดของแม่น้ำและอัตราการไหลของน้ำ ปริมาณพลังงานที่ผลิตได้ ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ 2 อย่าง คือ ระยะ (ความสูง) ระหว่างผิวน้ำกับกังหัน (ระยะนี้เรียกว่า หัวน้ำ) และอัตราการไหลของน้ำผ่านกังหัน

ความรู้เกี่ยวกับระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์

เรื่องที่ควรรู้นี้มีสองส่วนที่สำคัญ ประกอบด้วย 1. เซลล์แสงอาทิตย์ หรือ โซล่าร์เซลล์ (Solar Cells) 2.ระบบผลิตไฟฟ้า (Solar System / Solar Power Generation) เซลล์แสงอาทิตย์ เป็นสิ่งประดิษฐ์ทางอิเลคทรอนิคส์ที่สร้างจากสารกึ่งตัวนำ โดยทำให้มีศักยภาพในการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า ซึ่งในการผลิตเชิงอุตสาหกรรมก่อนที่จะนำไปสู่การใช้งานจริงนั้นมีขั้นตอนก่อนและหลังที่พออธิบายคร่าวๆได้ดังนี้ -ขั้นตอนการถลุงแร่และกำจัดสารเจือปนเพื่อให้ได้สารซิลิกอนบริสุทธ์ (Silicon) -ขั้นตอนการทำให้สารซิลิกอนบริสุทธ์ก่อตัวในรูปผลึก(ทั้งผลึกเดี่ยวและซ้อน)และอยู่ในรูปแท่งที่ง่ายในการแปรรูปขั้นถัดไป (Ingot) -ขั้นตอนการผ่าหรือแบ่งเป็นแท่งขนาดเล็กที่เหมาะสมแล้วฝานหรือสไลด์เป็นแผ่นบาง(Wafer) -ขั้นตอนการกระตุ้นและทำให้เกิดขั้วทางไฟฟ้า โดยที่อีเลคตรอนและโฮลพร้อมเคลื่อนตัวไปยังแต่ละขั้วเมื่อได้รับพลังงานจากโฟตอน(Photon)ในแสงอาทิตย์ (Solar Cells) -ขั้นตอนการนำเซลล์แสงอาทิตย์จำนวนตามที่ออกแบบมาต่อวงจรไฟฟ้าเข้าด้วยกันที่จะให้กำลังไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าตามต้องการบนแผ่นกระจกที่แสงสามารถผ่านได้ดี ปิดด้านหลังด้วยแผ่นปิดที่มีความเป็นฉนวน จากนั้นปิดทับด้วยแผ่นใสทางเคมีที่เรียกว่า EVA (Ethelyne Vinyl Acetate) ที่จะหลอมละลายในตู้อบสูญญากาศที่อุณหภูมิสูง(Laminater)เพื่อเคลือบพื้นผิวทั้งหมดเป็นการป้องกันอากาศและความชื้นเข้าสู่ภายใน ไม่เกิดกระบวนการ Oxidation ทำให้วัสดุภายในมีอายุการใช้งานยาวนาน จากนั้นจะประกอบเฟรมล้อมโดยรอบด้วยอลูมิเนียมเพื่อเสริมความแข็งแรงและช่วยให้ง่ายในการจับยึดเพื่อติดตั้งใช้งาน และติดกล่องควบคุมวงจรไฟฟ้า ( Junction Box)ไว้ด้านหลัง อีกทีหนึ่ง ขั้นตอนนี้คือขั้นตอนการผลิตแผงเซลล์ (Solar Modules / Solar Panels / PV Modules)
ระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ (Solar System / Solar Power Generation) ในด้านพลังงานนั้นเป็นที่ทราบและยอมรับทั่วกันว่าแสงอาทิตย์ที่ส่องมาถึงโลกนั้นได้นำพลังงานมาให้คิดเป็นกำลังไฟฟ้า 1,000 W/m2 และเฉลี่ยเป็นพลังงานที่ได้รับต่อวัน 4,500 kWH หรือคือเฉลี่ยชั่วโมงรับแสง(ที่ 1.000 W/m2) 4.5 ชั่วโมง/วัน ค่ากำลังไฟฟ้า 1,000 W/m2 ใช้เป็นฐาน 100 % ในการเทียบค่าประสิทธิภาพเซลล์หรือแผงเซลล์แสงอาทิตย์ โดยนำขนาดพื้นผิวและกำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้ไปเทียบบัญญัติไตรยางศ์โดยตรงเช่น ถ้าแผงเซลล์ฯมีขนาดพื้นผิว 1.5 m2 มีกำลังไฟฟ้า 225 W ที่หากคำนวณไปที่ขนาดพื้นผิว 1 m2 จะมีกำลังไฟฟ้า เท่ากับ 225 *1/1.5 คือ 150 W เมื่อเทียบกับ 1,000 จะเท่ากับ 15% หมายความว่าแผงเซลล์นี้มีประสิทธิภาพ 15% ไฟฟ้าที่ผลิตได้จากเซลล์แสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้ากระแสตรง(DC) ดังนั้นหากจะนำไปใช้กับโหลดหรือภาระทางไฟฟ้าคืออุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆที่ในประเทศไทยส่วนใหญ่นั้นจะรองรับไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ก็จำเป็นจะต้องมีอุปกรณ์แปลงไฟฟ้ากระแสตรงเป็นกระแสสลับที่เรียกว่า อินเวอร์เตอร์ (Inverter)มาช่วย และเนื่องจากเซลล์แสงอาทิตย์จะผลิตไฟฟ้าได้ในเวลากลางวัน ดังนั้นหากจะใช้ไฟฟ้าในเวลากลางคืนหรือจะสำรองไว้ใช้ในวันข้างหน้าที่อาจมีฝนตกไม่อาจผลิตไฟฟ้าได้ก็จำเป็นต้องใช้แบตเตอรี่(Battery)เก็บสำรองไว้ให้ กรณีนี้ก็จำเป็นต้องมีอุปกรณ์ควบคุมการประจุ(และการคายประจุ)แบตเตอรี่(Charger / Charge Controller)มาต่อร่วมในระบบด้วย ความต้องการใช้งานระบบผลิตไฟฟ้าที่แตกต่างกันทำให้การออกแบบ การจัดวงจร การเลือกอุปกรณ์และหลักการทำงานแต่ละระบบ ต้องแตกต่างกันตามไปด้วย โดยทั่วๆไปจะจำแนกเป็น 3 ระบบ ดังนี้
1. ระบบติดตั้งอิสระ (Stand Alone / Off Grid) 2.ระบบต่อเชื่อมโยงกับระบบไฟฟ้าปกติ ( Grid Connected / On Grid ) 3.ระบบสลับพลังงานหรือหลายแหล่งพลังงาน(Hybrid)
จุดเด่นในการใช้งาน
-ไม่มีมลภาวะ ลดปัญหาโลกร้อน และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม -อายุการใช้งานยาวนาน -ออกแบบให้ใช้งานได้ทั้งสำหรับอุปกรณ์ในระบบไฟฟ้ากระแสตรงและกระแสสลับ -ไม่มีค่าใช้จ่ายในการใช้งานและบำรุงรักษาหรือมีบ้างเพียงเล็กน้อยเท่านั้น -มีส่วนร่วมในการอนุรักษ์พลังงาน โดยการลดการใช้ไฟฟ้าในระบบปกติ

พลังงานลม

เป็นพลังงานธรรมชาติที่เกิดจากความแตกต่างของอุณหภูมิ 2 ที่ ซึ่งสะอาดและบริสุทธิ์ใช้แล้วไม่มีวันหมดสิ้นไปจากโลก ได้รับความสนใจนำมาพัฒนาให้เกิดประโยชน์อย่างกว้างขวาง ในขณะเดียวกัน กังหันลมก็เป็นอุปกรณ์ชนิดหนึ่งที่สามารถนำพลังงานลมมาใช้ให้เป็นประโยชน์ได้ โดยเฉพาะในการผลิตกระแสไฟฟ้า และในการสูบน้ำ ซึ่งได้ใช้งานกันมาแล้วอย่างแพร่หลายพลังงานลมเกิดจากพลังงานจากดวงอาทิตย์ตกกระทบโลกทำให้อากาศร้อน และลอยตัวสูงขึ้น อากาศจากบริเวณอื่นซึ่งเย็นและหนาแน่นมากกว่าจึงเข้ามาแทนที่ การเคลื่อนที่ของอากาศเหล่านี้เป็นสาเหตุให้เกิดลม และมีอิทธิพลต่อสภาพลมฟ้าอากาศในบางพื้นที่ของประเทศไทย โดยเฉพาะอย่างยิ่งแนวฝั่งทะเลอันดามันและด้านทะเลจีน(อ่าวไทย) มีพลังงานลมที่อาจนำมาใช้ประโยชน์ในลักษณะพลังงานกล (กังหันสูบน้ำกังหันผลิตไฟฟ้า) ศักยภาพของพลังงานลมที่สามารถ นำมาใช้ประโยชน์ได้สำหรับประเทศไทย มีความเร็ว อยู่ระหว่าง 3 - 5 เมตรต่อวินาที และความเข้มพลังงานลมที่ประเมินไว้ได้อยู่ระหว่าง 20 - 50 วัตต์ต่อตารางเมตร

พลังงานลมเป็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ ซึ่งเกิดจากความแตกต่างของอุณหภูมิ ความกดดันของบรรยากาศและแรงจากการหมุนของโลก สิ่งเหล่านี้เป็นปัจจัยที่ก่อให้เกิดความเร็วลมและกำลังลม เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปว่าลมเป็นพลังงานรูปหนึ่งที่มีอยู่ในตัวเอง ซึ่งในบางครั้งแรงที่เกิดจากลมอาจทำให้บ้านเรือนที่อยู่อาศัยพังทลายต้นไม้หักโค่นลง สิ่งของวัตถุต่างๆ ล้มหรือปลิวลอยไปตามลม ฯลฯ
ในปัจจุบันมนุษย์จึงได้ให้ความสำคัญและนำพลังงานจากลมมาใช้ประโยชน์มากขึ้น เนื่องจากพลังงานลมมีอยู่โดยทั่วไป ไม่ต้องซื้อหา เป็นพลังงานที่สะอาดไม่ก่อให้เกิดอันตรายต่อสภาพแวดล้อม และสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้อย่างไม่รู้จักหมดสิ้น

ระบบผลิตไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์สำหรับโรงเรียนชนบทที่ไม่มีไฟฟ้า

ในโรงเรียนชนบทที่ไม่มีไฟฟ้า สำหรับการใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้า ที่เป็นสื่อการเรียน การสอนของนักเรียนและครู เช่น แสงสว่าง โทรทัศน์ คอมพิวเตอร์ เครื่องขยายเสียง เทป วิทยุ เครื่องเล่นวีดีโอสำหรับห้องซาวด์แลป เป็นต้น โดยมีขนาดกำลังไฟฟ้าประมาณ 2,500 วัตต์ – 5,000 วัตต์ ตามขนาดของโรงเรียนเป้าหมาย โดยประโยชน์ที่จะได้รับคือ การพัฒนาคุณภาพการศึกษา และคุณภาพชีวิตของเยาวชน และชุมชนที่อาศัยอยู่ในพื้นที่ที่ไม่มีไฟฟ้าได้มีโอกาสเรียนรู้วิทยาการต่างๆได้ทันยุค ทันเหตุการณ์ กับเครื่องมืออุปกรณ์ สื่อการเรียนการสอน ที่เป็นอุปกรณ์เครื่องใช้ไฟฟ้า เช่นเดียวกับโรงเรียนในเขตชุมชนที่มีไฟฟ้าแล้ว โดยมีรูปแบบลักษณะของระบบ ดังนี้ ภาพแสดง Block diagram ระบบผลิตไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์สำหรับโรงเรียนชนบท
การติดตั้งอุปกรณ์ควบคุมและแบตเตอรี่ ภายในอาคารควบคุมระบบ
อุปกรณ์ที่สำคัญของระบบ ประกอบด้วย
1. แผงเซลล์แสงอาทิตย์ ขนาด 2,500 วัตต์ – 5,000 วัตต์ พร้อมโครงสร้างรองรับแผง
2. อาคารควบคุมระบบผลิตไฟฟ้าพร้อมรั้วตาข่าย
3. อินเวอร์เตอร์
4. อุปกรณ์ควบคุมการประจุและจ่ายไฟฟ้า
5. ชุดอุปกรณ์แสงสว่าง
6. ชุดปลั๊กไฟ
7. แบตเตอรี่แบบ Stationary Battery ขนาด 24 kWh. – 55 kWh.
8. อุปกรณ์ป้องกันการลัดวงจร และป้องกันฟ้าผ่า
9. สวิทซ์และเบรกเกอร์

เทคโนโลยี และกระบวนการผลิตไบโอดีเซล

กระบวนการผลิตน้ำมันปาล์มดิบ
การผลิตน้ำมันปาล์มดิบที่ได้จากโรงงานสกัดน้ำมันปาล์มดิบ โดยนำผลปาล์มที่ผ่านกระบวนการนึ่ง มาทำการสกัด โดยได้ผลผลิต 2 ประเภท คือ น้ำมันปาล์มที่ได้จากเนื้อปาล์ม 15-20% และปาล์มเมล็ดในประมาณ 5%

กระบวนการผลิตไบโอดีเซล

ประเภทของกระบวนการผลิตไบโอดีเซล แบ่งออกเป็น 4 ประเภทด้วยกัน คือ
การผลิตไบโอดีเซลแบบกะ (Batch Technology) เป็นการผลิตแบบไม่ต่อเนื่องทำให้ผลิตได้คราวละไม่มาก และผลผลิตมีคุณภาพไม่สม่ำเสมอ แต่มีข้อดีคือ ใช้เงินลงทุนต่ำ
แบบต่อเนื่อง - ทรานเอสเทอริฟิเคชั่น (Continuous Trans-Esterification) เป็นกระบวนการผลิตที่ต้องใช้เงินลงทุนสูงกว่าแบบแรก แต่ให้ผลผลิตที่มีคุณภาพดีกว่า และมีกำลังการผลิตสูงกว่า
แบบต่อเนื่อง – 2 ขั้นตอน (2 Step Reaction) เป็นกระบวนการที่สามารถใช้ได้กับวัตถุดิบหลายชนิด รวมถึงน้ำมันที่กรดไขมันอิสระสูง โดยการทำปฏิกิริยาเอสเทอริฟิเคชั่นในขั้นแรก และผ่านกระบวนการทรานเอสเทอริฟิเคชั่นอีกครั้ง ทำให้ได้ผลผลิตที่มากกว่า 2 ประเภทแรก แต่อย่างไรก็ตามเงินลงทุนก็สูงขึ้นเช่นกัน
ไมโครเวฟ เทคโนโลยี (Micro Wave Technology) เป็นกระบวนการผลิตที่สามารถทำปฏิกิริยาได้เร็วขึ้น ด้วยการใช้คลื่นไมโครเวฟ และใช้พื้นที่ในการติดตั้งน้อย อย่างไรก็ตามปัจจุบันยังคงมีเฉพาะ Pilot Plant และใช้เงินลงทุนสูงมาก

กระบวนการผลิตไบโอดีเซล ประกอบด้วยขั้นตอนดังนี้
Pre-treatment เป็นการสกัดยางเหนียว สิ่งสกปรก และน้ำ ออกจากน้ำมันปาล์มดิบ
Reaction Step เป็นกระบวนการทำปฏิกิริยา Transesterification โดยการเติมเมทานอลหรือเอทานอล พร้อมทั้งสารเร่งปฏิกิริยา เช่น โซเดียมไฮดรอกไซด์ ภายใต้อุณหภูมิสูง ได้เป็น เมทิลเอสเตอร์ หรือ เอทิวเอสเตอร์ พร้อมทั้งได้ กลีเซอลีนในสัดส่วนประมาณร้อยละ 10 ซึ่งจะถูกแยกออกจากไบโอดีเซล หลังจากที่ปล่อยให้เกิดการแยกชั้น
Washing เป็นการนำเอาไบโอดีเซลที่ได้จากการทำปฏิกิริยา Transesterification ไปล้างน้ำเพื่อกำจัดกลีเซอลีน และสารปนเปื้อนอื่นๆ ที่สามารถละลายน้ำได้
Methanol Recovery เป็นกระบวนการกลั่น เพื่อดึงเมทานอลที่เหลือจากปฏิกริยากลับมาใช้ใหม่
Drying เป็นการกำจัดน้ำออกจากไบโอดีเซล
Glycerin Evaporation Unit เป็นกระบวนการทำกลีเซอลีนให้บริสุทธิ์ที่ 80% (Technical Grade)
Glycerin Distillation Unit เป็นกระบวนการทำกลีเซอลีนบริสุทธิ์ที่ 99.7% (Pharmaceutical Grade)
สำหรับในประเทศไทยได้มีการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตไบโอดีเซล มาอย่างต่อเนื่องตั้งแต่ปี 2545 ซึ่งได้แก่
โครงการส่วนพระองค์สวนจิตรลดา
โครงการวิจัยและพัฒนาการผลิตไบโอดีเซลจากน้ำมันพืชโดยสถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศไทย (วว.)
โครงการศึกษาและสาธิตการทดลองผลิตไบโอดีเซลระดับชุมชน
การพัฒนาระบบผลิตไบโอดีเซลติดตั้งบนรถบรรทุกโดยคณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์ (มอ.)
ซึ่งเป็นการพัฒนาเครื่องต้นแบบทั้งในการผลิตแบบต่อเนื่องและไม่ต่อเนื่อง จนถึงระดับที่สามารถผลิตไบโอดีเซลในเชิงพาณิชย์ เช่น หน่วยผลิตไบโอดีเซลของบริษัทบางจากฯ และชุมนุมสหกรณ์ชาวสวนปาล์มน้ำมันกระบี่ ซึ่งได้รับความร่วมมือจาก คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์ ในการออกแบบโรงงานโดยใช้เทคโนโลยีที่ได้จากการวิจัยของทางมหาวิทยาลัยเอง ซึ่งเป็นไปตามมาตรฐานยุโรป โดยมีกระบวนการผลิตครบวงจร คือ มีการนำ เมทานอลกลับมาใช้ใหม่ เพื่อไม่ก่อให้เกิดมลภาวะ
กระบวนการแยกสกัดน้ำมันจากพืชน้ำมัน (Oil Extraction) มี 2 วิธี

• การสกัดน้ำมันด้วยการบีบอัด (pressing) เหมาะสำหรับพืชน้ำมันที่มีปริมาณน้ำมันเป็นองค์ประกอบมากกว่าร้อยละ 25 เช่น เนื้อมะพร้าวแห้ง ผลปาล์มน้ำมัน ถั่วลิสง เมล็ดละหุ่ง โดยการบีบอัดน้ำมันออกจากเมล็ดหรือผลของพืชน้ำมันนั้นๆ ด้วยเครื่องสกัดแบบเกลียวอัด (Expeller)

• การสกัดด้วยตัวทำละลาย (solvent extraction) เหมาะสำหรับพืชน้ำมันที่มีปริมาณน้ำมันต่ำกว่าร้อยละ 25 เช่น ถั่วเหลือง รำข้าว เมล็ดฝ้าย เมล็ดนุ่น โดยใช้ตัวทำละลาย เช่น เฮกเซน สกัดน้ำมันออกจากเมล็ดพืชน้ำมันนั้นๆ ด้วยการละลายในเครื่องสกัด
กระบวนการทำให้บริสุทธิ์ (Purification) น้ำมันพืชแต่ละชนิดที่สกัดจากเมล็ดหรือผลพืชน้ำมัน ยังคงเป็นน้ำมันพืชดิบ มีส่วนประกอบของกรดไขมันอิสระ สี กลิ่น และสิ่งเจือปนอื่นๆ ซึ่งไม่เหมาะที่จะใช้เพื่อการบริโภค รวมทั้งใช้ในการผลิตไบโอดีเซลจำเป็นต้องกำจัดสิ่งที่ไม่พึงประสงค์ออกหรือทำให้บริสุทธิ์ก่อน จึงสามารถใช้และเก็บรักษาไว้เป็นระยะเวลานานได้ ซึ่งมี 2 วิธี คือ

• การทำให้บริสุทธิ์โดยวิธีทางเคมีหรือทำปฏิกิริยากับด่าง โซเดียมไฮดรอกไซด์เมื่อทำปฏิกิริยากับกรดไขมันอิสระ ในปริมาณที่พอเหมาะกับปริมาณกรดไขมันอิสระที่มีอยู่ จะได้เอสเทอร์หรือไบโอดีเซลที่ต้องการ แต่จะต้องล้างสบู่และด่างที่มากเกินพอออก จนน้ำมันมีสภาพเป็นกลาง วิธีนี้จึงมีการสูญเสียน้ำมันสูง และต้องทำการฟอกสีและดูดกลิ่น ตามลำดับ

• การทำให้บริสุทธิ์ด้วยวิธีทางกายภาพ (Physical Refining) เป็นกรรมวิธีที่นิยมใช้ในปัจจุบัน ทำได้โดยนำน้ำมันมะพร้าวหรือน้ำมันปาล์มดิบจากกระบวนการสกัด เข้าทำการกำจัดยางเหนียวด้วยกรดฟอสฟอริก ฟอกสีด้วยผงฟอกสี จากนั้นจึงส่งน้ำมันเข้าสู่กระบวนการกลั่นที่อุณหภูมิสูงและความดันต่ำกว่าบรรยากาศ เพื่อแยกกรดไขมัน กลิ่น และสีออก แล้วกรองอีกครั้ง จึงได้น้ำมันบริสุทธิ์ กระบวนการทรานส์เอสเทอริฟิเคชั่น คือ กระบวนการทางเคมีที่เกิดจาก alkoxy group (-OR) ของเอสเทอร์ทำปฏิกิริยากับแอลกอฮอล์ โดยใช้กรดหรือด่างเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา จะได้เอสเทอร์ในรูปอื่นตามชนิดแอลกอฮอล์ที่ใช้ในการทำปฏิกิริยา หรือกล่าวอีกนัยหนึ่ง กระบวนการทรานส์เอสเทอริฟิเคชั่น คือ กระบวนการแลกเปลี่ยน alkoxy group ระหว่างเอสเทอร์กับแอลกฮอล์

ข้อสังเกต: กรดสามารถเร่งปฏิกิริยาโดยให้โปรตอนแก่หมู่ alkoxy ขณะที่เบสสามารถเร่งปฏิกิริยาโดยย้ายโปรตอนจากแอกอฮอล์ในกระบวนการทรานส์เอสเทอริฟิเคชั่นของน้ำมันพืชหรือไขมันสัตว์ สารประกอบไตรกลีเซอไรด์ (เอสเทอร์ของกรดไขมัน) จะทำปฏิกิริยากับแอลกอฮอล์ โดยมีกรดหรือด่างเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ได้เอสเทอร์ (ไบโอดีเซล) ซึ่งมีคุณสมบัติจะเหมือนกับน้ำมันดีเซลมากที่สุด ดังแสดงในรูป

รถยนต์ไฟฟ้าขนาดเล็ก พลังงานแสงอาทิตย์

จากภาวะเศรษฐกิจในปัจจุบัน น้ำมันมีราคาแพงขึ้น อีกทั้งปริมาณเริ่มลดลง จึงควรเปลี่ยนมาใช้พลังงานอื่นทดแทน "พลังงานแสงอาทิตย์" เป็นแหล่งพลังงานอย่างหนึ่งซึ่งมีอยู่ตามธรรมชาติ จึงเป็นทางเลือกหนึ่งที่จะนำพลังงานแสงอาทิตย์มาประยุกต์ใช้ทดแทนน้ำมันซึ่งกำลังจะหมดสิ้นไป รถยนต์ไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ เป็นรถไฟฟ้าขนาดเล็กที่ช่วยลดการใช้น้ำมันและไฟฟ้า เนื่องจากรับพลังงานจากแสงอาทิตย์ โดยนำพลังงานแสงอาทิตย์มาแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าเก็บสะสมไว้ในแบตเตอรี่ และนำพลังงานไฟฟ้าจากแบตเตอรี่มาขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง ด้วยวิธีการของการผสมสัญญาณตามความกว้างพัลส์ (PWM) ซึ่งเป็นสัญญาณทริกให้กับพาวเวอร์มอสเฟต เป็นผลให้มอเตอร์มีความเร็วที่แตกต่างกันออกไป นั่นทำให้เราสามารถปรับความเร็วของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงได้ โดยการปรับความกว้างของสัญญาณพัลส์เพื่อควบคุมความเร็วของรถ จากผลการทดลองพบว่า ค่าใช้จ่ายที่เกิดขึ้นขณะใช้งานรถยนต์ไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ กับรถยนต์ที่ใช้น้ำมัน เปรียบเทียบกับการใช้งานวันละ 5 กิโลเมตร จะเสียค่าใช้จ่ายสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ 4.55 บาท ส่วนการใช้น้ำมันเสียค่าใช้จ่าย 10 บาท ถ้าใช้งานถึงวันละ 20 กิโลเมตร รถยนต์ไฟฟ้าร่วมกับพลังงานแสงอาทิตย์ต้องเสียค่าใช้จ่าย 4.60 บาท ส่วนการใช้น้ำมันเสียค่าใช้จ่าย 40 บาท จะเห็นว่าการใช้รถยนต์ไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ สามารถประหยัดเงินค่าน้ำมันได้ถึง 45.5 และ 88.5 เปอร์เซ็นต์ ตามลำดับ นอกจากจะช่วยประหยัดค่าน้ำมันแล้ว ยังเป็นการช่วยลดมลพิษทางอากาศได้อีกทางหนึ่งด้วย

เซลล์เชื้อเพลิง : พลังงานสะอาด ทางเลือกแห่งอนาคต

เซลล์เชื้อเพลิง(fuel cell) เริ่มเป็นที่รู้จักและคุ้นหูคนไทยมากขึ้นจากข่าวสารความก้าวหน้าทางด้านวิทยาการ และเทคโนโลยี ในการเป็นเครื่องมือที่ให้กำเนิดไฟฟ้าได้จากกระบวนการทางเคมี
การใช้งานของเซลล์เชื้อเพลิงที่เริ่มแพร่หลายและถูกกล่าวถึงมาก เช่น ในอุตสาหกรรมยานยนต์ คือ รถยนต์ไฟฟ้าต้นแบบ

ในปัจจุบัน รถยนต์ใช้น้ำมันเป็นเชื้อเพลิง ซึ่งประสิทธิภาพในการเผาไหม้ค่อนข้างต่ำมาก เพราะพลังงานความร้อนของเครื่องยนต์ จะสูญเสียไปกับไอเสีย ระบบระบายความร้อน และจะต้องสูญเสียไปกับปั๊มน้ำ พัดลม ประสิทธิภาพรวมได้ประมาณ 20% เท่านั้น นอกจากนั้นยังก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมเพราะทำให้เกิดแก๊สพิษ เช่น แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์(CO2), แก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์(CO) เป็นต้น
ในอนาคต รถยนต์จะใช้เซลล์เชื้อเพลิง ไม่ต้องอาศัยการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง ไม่มีเสียงดังรบกวน ประสิทธิภาพที่ได้สูงสุดถึง 80% แถมไม่มีควันพิษตามท้องถนน จึงไม่ก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมเพราะควันเสียที่ปล่อยออกมาจากรถคือ ไอน้ำ แต่เนื่องจากมีปัญหาการกักเก็บไฮโดรเจน ปัจจุบันจึงไม่เป็นที่นิยม นักวิทยาศาสตร์ กำลังทำการวิจัยและพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิง ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานสะอาด ไม่ก่อให้เกิดมลภาวะ และให้ประสิทธิภาพสูงกว่าพลังงานจากแหล่งอื่นๆ เพื่อให้มนุษย์มีพลังงานไว้ใช้ทดแทนน้ำมันที่เหลือน้อยเต็มที
นอกจากนั้น ยังมีการนำเซลล์เชื้อเพลิงมาใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แทนที่แบตเตอรี่เช่น เครื่องคอมพิวเตอร์โน้ตบุค (notebook) โทรศัพท์มือถือ ซึ่งอุปกรณ์เหล่านี้ยังไม่มีวางจำหน่าย เป็นแต่เพียงความคิด และเครื่องต้นแบบเท่านั้น

ปรากฏการณ์โลกร้อน หรือ ภาวะโลกร้อน (global warming)

คือปรากฏการณ์ที่อุณหภูมิเฉลี่ยของผิวโลกและผืนมหาสมุทรสูงขึ้น โดยมีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และก๊าซเรือนกระจกอื่นๆเป็นตัวการกักเก็บความร้อนจากแสงอาทิตย์ไว้ไม่ให้คายออกไปสู่บรรยากาศปรากฏการณ์โลกร้อนถือเป็นผลพวงจากการมีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เกิดขึ้นในบรรยากาศซึ่งเป็นสาเหตุให้รังสีความร้อนที่ผ่านชั้นบรรยากาศเข้ามาถูกกักไว้ในโลกโดยไม่สามารถสะท้อนกลับ ออกไปได้ หรือที่เรียกว่าภาวะเรือนกระจก การเกิดขึ้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ส่วนใหญ่มีสาเหตุจากกระบวนการเผาไหม้ของการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลอาทิ น้ำมันปิโตรเลียม ถ่านหิน เป็นต้น ทั้งจากกิจกรรมการขนส่งและการผลิตกระแสไฟฟ้าแนวทางหนึ่งของการลดปริมาณการผลิตก๊าซคาร์บอน ไดออกไซด์ คือ ลดการใช้พลังงานจากเชื้อเพลิงฟอสซิลโดยส่งเสริมการใช้พลังงานหมุนเวียนให้มากขึ้น อาทิ พลังงานชีวมวลพลังงานน้ำ พลังลม พลังงานแสงอาทิตย์พลังงานจากเซลล์เชื้อเพลิงพลังงานนิวเคลียร์เป็นต้นอย่างไรก็ตามการส่งเสริมการใช้พลังงานหมุนเวียนจะประสบความสำเร็จมากน้อยเพียงใดย่อมขึ้นอยู่กับความก้าวหน้าในการพัฒนาเทคโนโลยีมารองรับซึ่งปัจจุบันการใช้พลังงานหมุนเวียนบางประเภทยังม ีต้นทุนที่แพงกว่าพลังงานจากเชื้อเพลิงฟอสซิล (เช่น พลังงานแสงอาทิตย์พลังงานจากเซลล์เชื้อเพลิง)มีกระแสต่อต้านจากมวลชนเกี่ยวกับผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อม(เช่น พลังงานนิวเคลียร์ พลังงานน้ำจากการสร้างเขื่อน)และปัญหาความเพียงพอของวัตถุดิบในการผลิตเชื้อเพลิง(เช่น พลังงานชีวมวล ซึ่งใช้ วัตถุดิบร่วมกับภาค)

เซลล์เชื้อเพลิง

เซลล์เชื้อเพลิงเป็นอุปกรณ์ที่ทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมี-ไฟฟ้า ระหว่างออกซิเจนกับไฮโดรเจนซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงไปเป็นพลังงานไฟฟ้า โดยไม่ต้องผ่านการเผาไหม้ โดยคุณสมบัติของเซลล์เชื้อเพลิงจะมีลักษณะคล้ายกับแบตเตอรี่ แต่สามารถจ่ายไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าได้โดยตรง โดยไม่ต้องนำมาอัดประจุใหม่และใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิง เซลล์เชื้อเพลิงประกอบด้วยเชื้อเพลิงออกซิเจน อิเล็กโทรไลต์ ขั้วแอโนด และขั้วคาโทด ในการทำงานของเซลล์มีขั้นตอนคือ ไฮโดรเจนจากเชื้อเพลิงจะแตกตัวเป็น ไฮโดรเจนไอออนและอิเล็กตรอนที่ขั้วแอโนด และออกซิเจนจากอากาศ จะจับไฮโดรเจนไอออน ที่ผ่านอิเล็กโทรไลต์มายังแคโทด ทำให้เกิดน้ำ อิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นจะไหลเวียนทำให้เกิดพลังงาน ซึ่งพลังงานจะถูกส่งไปยังเครื่องยนต์ โดยผ่านทางขั้วไฟฟ้าทั้ง 2 ขั้ว และผลที่ได้จากการเปลี่ยนแปลงนี้คือ ความร้อนและน้ำเท่านั้น จึงถือเป็นพลังงานทีเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ไฮโดรเจนเป็นธาตุที่เบาที่สุดและพบได้มากที่สุด เมื่อนำมาใช้ในรูปแบบของพลังงาน ไฮโดรเจนซึ่งไม่มีอะตอมคาร์บอนเลยจึงไม่ปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกมา หากแต่ไฮโดรเจนนั้นไม่ปรากฏตามธรรมชาติในรูปที่แยกตัวเป็นอิสระจึงจำเป็นต้องนำมาแยกด้วยปฏิกิริยาทางเคมี ไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบของน้ำซึ่งเป็นสารประกอบที่อยู่ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิดและมีคุณสมบัติสามารถทำปฏิกิริยากับธาตุอื่นๆ ได้ โดยปกติแล้วในอุตสาหกรรมมีการผลิตไฮโดรเจนเป็นปริมาณมากในโลกเพื่อใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับโรงกลั่นน้ำมันและการผลิตแอมโมเนียเพื่อทำเป็นปุ๋ยสำหรับการเกษตรหรือใช้ในอุตสาหกรรมปิโตรเคมีเพื่อผลิต โพรลิโพพิลีน (Polypropylene) แต่น้อยมากที่ไฮโดรเจนได้ถูกนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงทั้งที่จริงแล้วเป็นเชื้อเพลิงประสิทธิภาพสูง โดยเมื่อเปรียบเทียบค่าพลังงานของไฮโดรเจนกับน้ำมัน พบว่า มีค่าพลังงานมากกว่าประมาณ 3 เท่าตัว และมากกว่าถ่านหินถึง 4 เท่า ในปัจจุบัน รถยนต์ใช้น้ำมันเป็นเชื้อเพลิง ซึ่งประสิทธิภาพในการเผาไหม้ค่อนข้างต่ำมาก เพราะพลังงานความร้อนของเครื่องยนต์ จะสูญเสียไปกับไอเสีย ระบบระบายความร้อน และจะต้องสูญเสียไปกับปั๊มน้ำ พัดลม ประสิทธิภาพรวมได้ประมาณ 20% เท่านั้น นอกจากนั้นยังก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมเพราะทำให้เกิดแก๊สพิษ เช่น แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2), แก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) เป็นต้น

แสงอาทิตย์คืออะไร

พลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานพื้นฐานของสิ่งมีชีวิตบนโลก เริ่มต้นจากการที่พืชได้รับพลังงานจากแสงอาทิตย์ โดยผ่านกระบวนการสังเคราะห์แสงเปลี่ยนเป็นอาหารของพืช มีการเกิดขึ้นใหม่และตายลงทับถมกันเป็นเวลานานหลายพันปีจนกลายเป็นฟอสซิลที่ถูกนำมาเป็นเชื้อเพลิงฟอสซิลดังเช่นในปัจจุบัน แต่ด้วยเทคโนโลยีที่ก้าวหน้าขึ้นทำให้สามารถนำแสงอาทิตย์มาเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าและความร้อนซึ่งมนุษย์สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้โดยตรงในทันที เซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Cell) เป็นสิ่งประดิษฐ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ที่สร้างจากสารกึ่งตัวนำ ซึ่งสามารถเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ (หรือแสงจากหลอดไฟ) เป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยตรง และไฟฟ้าที่ได้นั้นจะเป็นไฟฟ้ากระแสตรง (Direct Current) จัดว่าเป็นพลังงานทดแทนที่สะอาดและไม่สร้างมลภาวะใดๆ ขณะใช้งาน โดยส่วนประกอบของระบบเซลล์แสงอาทิตย์ ประกอบด้วยส่วนประกอบหลัก คือ แผงเซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Array) เครื่องควบคุมการประจุ (Charge Controller) เครื่องแปลงกระแสไฟฟ้า (Inverter) และแบตเตอรี่ เป็นต้น