ทรัพยากรธรรมชาติ และ สิ่งแวดล้อม

01 มีนาคม 2551

พลังงานน้ำจากมหาสมุทร

         ”พลังงานน้ำ” กระแสน้ำไหลได้ให้พลังงานที่จำเป็นแก่มนุษย์มานานแสนนานแล้ว แต่มนุษย์ก็รู้จักเพียงการนำเอาพลังงานนี้มาใช้ประโยชน์หลาย ๆ อย่างในลักษณะง่าย ๆ เท่านั้น กระทั่งถึงช่วงปลายคริสต์ศตวรรษที่ 19 ต่อกับต้นคริสต์ศตวรรษที่ 20 มนุษย์จึงได้ พัฒนาโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำขึ้นมาใช้ โรงไฟฟ้าดังกล่าวสามารถเปลี่ยนพลังงานของน้ำตก ให้เป็น กระแสไฟฟ้าได้โดยอาศัยเครื่องยนต์กังหันน้ำและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า น้ำธรรมดานั้นไม่อาจจะผลิตพลังงานได้ นอกเสียจากว่ามันมีการไหลจากที่สูงลงสู่ที่ต่ำ นี่ก็คือ เหตุผลที่ว่าทำไมโรงไฟฟ้าพลังน้ำส่วนมากจึงตั้งอยู่ใกล้น้ำตกและเขื่อนทั้งที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ และที่มนุษย์สร้างขึ้นมา ในปัจจุบันน้ำตกสำคัญ ๆ ของโลกหลายแห่งก็ได้ใช้ประโยชน์ในการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำกันทั้งนั้น แหล่งกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำอีกแหล่งหนึ่งของโลก เราที่ควรทราบก็คือ มหาสมุทรอันกว้างใหญ่ไพศาล ในรอบ 24 ชั่วโมงของแต่ละวัน ระดับน้ำของมหาสมุทรจะขึ้น-ลงเป็นประจำ ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติที่เรียกว่าน้ำขึ้น-น้ำลง ประเทศทั่วโลก ได้ทำโครงการที่จะใช้ประโยชน์จากสภาวะน้ำขึ้นเต็มที่นี้เพื่อนำมาผลิตไฟฟ้าพลังน้ำ พลังน้ำ จากทะเลและมหาสมุทรมีการศึกษา ค้นคว้า และนำมาใช้จริงหลายประเภทได้แก่ พลังงานจากน้ำขึ้น - น้ำลง พลังงานจากคลื่น พลังงานจากอุณหภูมิของน้ำทะเล มีรายละเอียดดังนี้

1. พลังงานจากน้ำขึ้น-น้ำลง (Ocean Tidal Energy)
         พลังงานจากน้ำขึ้น-น้ำลงมาจากไหน
         การเกิดปรากฏการณ์น้ำขึ้น-น้ำลงนั้นมีสาเหตุ มาจากแรงดึงดูดของดวงจันทร์และดวงอาทิตย์ ที่มีต่อน้ำใน มหาสมุทร การขึ้นลงของระดับน้ำทะเลหมายถึงการเปลี่ยนพลังงานศักย์ของน้ำ ความสูงของน้ำขึ้น-น้ำลงขึ้นอยู่กับแนวชายฝั่งและสถานที่โลก นักวิทยาศาสตร์พยายามใช้พลังงานจากน้ำขึ้น-น้ำลงในสถานที่ที่มีการเปลี่ยนแปลงระดับน้ำขึ้น - น้ำลงอย่างมาก
         หลักการทำงานของพลังงานน้ำขึ้น-น้ำลง
         พลังงานน้ำขึ้น-น้ำลง อาศัยหลักการพื้นฐานของพลังงานศักย์และพลังงานจลน์ เช่นเดียวกับเขื่อนพลังน้ำ แต่แทนที่จะใช้เขื่อนกักน้ำบนพื้นที่สูงๆ ให้มีความสูงและมีปริมาณมากๆ กลับอาศัยการต่างระดับของน้ำขึ้น-น้ำลง ในแต่ ละวันเพื่อเพิ่มศักยภาพของกำลังงาน โดยจะสร้างเขื่อนที่ปากแม่น้ำ หรือปากอ่าวที่มีพื้นที่เก็บน้ำได้มากและการต่างระดับหรือพิศัยของน้ำขึ้น-น้ำลง โดยเมื่อน้ำขึ้นน้ำจะไหลเข้าสู่อ่างเก็บน้ำ และเมื่อน้ำลง น้ำจะไหลออกจากอ่างเก็บน้ำ การไหลเข้าและออกจากอ่างเก็บน้ำสามารถนำไปหมุนกังหันน้ำฉุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เช่นเดียวกับการผลิตกำลังไฟฟ้าพลังน้ำ ในปี พ.ศ.2513 ประเทศฝรั่งเศสได้ประสบความสำเร็จในการสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้า อาศัยพลังกระแส น้ำขึ้น-น้ำลงโดยมีอ่างเก็บน้ำ เครื่องกังหัน และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าติดตั้งอยู่กับเขื่อนขนาดยักษ์เมื่อน้ำขึ้น น้ำจากมหาสมุทรก็จะไหลเข้าไปในอ่างเก็บน้ำจนเต็ม เมื่อกระแสน้ำขึ้นถึงขีดสูงสุดประตูระบายน้ำจะถูกปิด เพื่อเก็บกักน้ำเอาไว้และจะไม่มีการระบายน้ำออกจากอ่างเก็บน้ำจนกว่าจะหมดสภาวะน้ำขึ้นเสียก่อน เมื่อระดับน้ำในมหาสมุทรลดลง ประตูระบายน้ำของอ่างเก็บน้ำจะถูกเปิด น้ำจะไหลจากพื้นที่สูงลงไปสู่ที่ต่ำ ทำให้เกิดพลังน้ำเหมือนกับพลังน้ำจากน้ำตกต่างระดับหลายชั้น กระแสน้ำที่ไหลพรั่งพรูออกไปจะไปหมุนเครื่องกังหัน เครื่องกังหันก็จะไปเดินเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งก็จะผลิตกระแสไฟฟ้าออกมา
         ศักยภาพการใช้ประโยชน์พลังงานจากน้ำขึ้น-น้ำลง
         พื้นผิวโลกที่เราอาศัยอยู่นี้เป็นพื้นน้ำถึง 3 ใน 4 ส่วน ดังนั้นมนุษย์เรา จึงหวังว่าในไม่ช้าเราจะสามารถใช้ประโยชน์จากพลังงานปริมาณมหาศาลที่เกิดจากปรากฏการณ์น้ำขึ้น--น้ำลงนี้ได้อย่างเต็มที่ และเมื่อถึงเวลานั้นเราอาจจะสามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้เพียงพอกับความต้องการที่เพิ่มขึ้นอย่างไม่หยุดยั้งของโลกเราก็ได้ โดยปกติพิสัยน้ำขึ้น-น้ำลงที่มีศักยภาพในการผลิต กระแสควรจะมากกว่า 5 เมตร ถึงจะคุ้มค่ากับการลงทุน ประเทศไทยมีศักยภาพทางด้านนี้ต่ำมาก พิสัยน้ำขึ้น-น้ำลงสูงสุดที่บริเวณปากน้ำระนองเพียง 2.5 เมตรเท่านั้น

2. พลังงานจากคลื่น (Wave Energy)
         ทะเล มหาสมุทรเป็นแหล่งพลังงานคลื่นที่สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้จำนวนมหาศาล เพียงแต่มีขนาดช่วงกว้างของคลื่นเล็กและไม่แน่นอนขึ้นอยู่กับแรงลมที่พัดผ่าน ฉะนั้น ในการจะนำพลังงานคลื่นมาใช้จึงต้องอาศัยพื้นที่กว้างใหญ่มาก นั่นหมายถึง จำนวนเงินที่นำมาลงทุนต้องมากมายมหาศาลเช่นกัน
         ในประเทศไทยเองยังไม่มีศักยภาพในการนำเอาพลังงานจากคลื่นมาใช้ แต่ในต่างประเทศมีการศึกษาและใช้พลังงานจากคลื่นตั้งแต่ปี พ.ศ. 2513 โดยประเทศที่ริเริ่มการนำพลังงานจากคลื่นมาใช้ได้แก่ประเทศญี่ปุ่นและประเทศอังกฤษ ในการนำพลังงานจากคลื่นมาใช้มีอยู่ 2 ประเภทได้แก่ แบบอยู่กับที่และแบบลอย (Fixed and Floating)
         อุปกรณ์ผลิตพลังงานจากคลื่นแบบอยู่กับที่ (Fixed Generating Devices)
         อุปกรณ์ผลิตพลังงานจากคลื่นแบบอยู่กับที่ (Fixed Generating Devices) มีอยู่ 2 แบบด้วยกันคือ แบบ Oscillating Water Column และแบบ TAPCHAN สามารถติดตั้งได้ทั้งบริเวณชายฝั่งและแหลมที่ยื่นออกไปในทะเล

รูปที่ 1 ภาพร่าง สถานีพลังน้ำขึ้น-น้ำลง กระแสน้ำจะไหลเข้าสู่อ่างเก็บน้ำในช่วงเวลาน้ำขึ้น เมื่อน้ำลง กระแสน้ำก็จะไหลย้อนกลับมาจากอ่างเก็บที่มีระดับสูงกว่าพลังจากกระแสน้ำนี้จะไปหมุนเครื่องยนต์กังหัน และเครื่องยนต์กังหันก็จะไปปั่นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าอีกทอดหนึ่ง

         Oscillating Water Column
         อุปกรณ์ผลิตพลังงานจากคลื่นแบบ Oscillating Water Column มีกระบวนการทำงาน 2 ขั้นตอนด้วยกัน ดังแสดงในรูปที่ 3
         เมื่อคลื่นเข้าไปในอุปกรณ์ตามแนวตั้งแรงอัดอากาศในแนวตั้งจะสูงขึ้น ซึ่งแรงอัดนี้จะอยู่ในอุปกรณ์แนวตั้งที่ปิดสนิทและกังหัน เมื่อคลื่นลดระดับลงอากาศจะถูกดันให้ไหลกลับผ่านกังหันเพื่อลดแรงอัดในอุปกรณ์แนวตั้งนี้ หากทะเลบริเวณใดมีคลื่นที่สูง แรง และบ่อย ก็จะทำให้สามารถผลิตพลังงานได้มาก ซึ่งอุปกรณ์นี้มักจะติดตั้งบริเวณที่เป็นแหลมที่ยื่นออกไปในทะเล และมีชายฝั่งเป็นแนวตั้ง TAPCHAN
         TAPCHAN หรือ ระบบ TAPERED CHANNEL มักจะติดตั้งบริเวณหน้าผา ดังแสดงในรูปที่ 5 บริเวณช่องแคบจะเป็นสาเหตุให้ยอดคลื่นสูงขึ้น เมื่อคลื่นเหล่านี้ผ่านเข้าไปในหน้าผาระดับของน้ำทะเลในหน้าผาจะสูงขึ้นจากผิวน้ำทะเลมาก พลังงานจลน์ของคลื่นที่เคลื่อนที่เข้าไปในหน้าผาจะถูกเปลี่ยนไปเป็นพลังงานศักย์ ซึ่งเกิดจากน้ำทะเลที่ไหลออกมาทางกังหันด้านขวามือ ข้อดีของระบบ TAPCHAN นี้คือต้องการการบำรุงรักษาน้อย แต่ต้องติดตั้งบริเวณหน้าผาที่มีความสูงของคลื่นคงที่ เพื่อให้ได้พลังงานจากคลื่นที่สูง

รูปที่ 2 โรงไฟฟ้าพลังน้ำขึ้น-น้ำลง ลา แรนซ์ ประเทศฝรั่งเศษ

         อุปกรณ์ผลิตพลังงานจากคลื่นแบบลอย (Floating Devices)
         อุปกรณ์ผลิตพลังงานจากคลื่นแบบลอย (Floating Devices) มีชื่อว่า Shalter Duck ซึ่งสร้างไฟฟ้าจากการเคลื่อนที่กลับไปมาของอุปกรณ์ที่ลอยอยู่ ซึ่งมีประสิทธิภาพในการสร้างพลังงานสูงมาก

3. พลังงานจากอุณหภูมิของน้ำทะเล (Ocean Thermal Energy Conversion:OTEC)
         ในประเทศไทยยังไม่มีศักยภาพในการนำพลังงานจากอุณหภูมิของทะเลมาใช้เช่นเดียวกับพลังงานจากน้ำขึ้น-- น้ำลง และพลังงานจากคลื่น พลังงานจากอุณหภูมิของทะเลเป็นเทคโนโลยีที่เปลี่ยนรังสีความร้อนจากดวงอาทิตย์ไปเป็นพลังงานไฟฟ้า ระบบพลังงานจากอุณหภูมิของทะเลอาศัยหลักที่ทะเลหรือมหาสมุทรมีการแบ่งชั้นความร้อนตามธรรมชาติ โดยอุณหภูมิระหว่างผิวน้ำที่อุ่นและน้ำเย็นใต้ทะเลต้องต่างกันประมาณ 20 oC (36oF) ซึ่งจะสามารถสร้างความต่างศักย์ไฟฟ้าได้ ประมาณ 1013 วัตต์ ระบบพลังงานจากอุณหภูมิของทะเลประกอบไปด้วย 3 แบบด้วยกันคือแบบวงจรปิดแบบวงจรเปิด และแบบไฮบริด
         ระบบแบบวงจรปิด (Closed-cycle system)
         ระบบแบวงจรปิดมีหลักการทำงานจากการแลก--เปลี่ยนความร้อนจากผิวน้ำทะเลที่อุ่น ซึ่งเป็นสาเหตุให้ของเหลวทำงาน (Working Fluid) เช่น แอมโมเนีย ซึ่งจะถูกทำให้เดือดที่อุณหภูมิประมาณ 26oC (78oF) ที่ความดันบรรยากาศ จนกลายเป็นไอ ไอที่ขยายตัวนี้ จะไปขับกังหันที่ต่อเข้ากับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า น้ำทะเลที่เย็นจะไหลผ่าน เข้าไปในคอนเดนเซอร์ ซึ่งทำหน้าที่เปลี่ยนไอของของเหลวทำงานกลับไปเป็นของเหลวอีกครั้ง และวนการทำงานทั้งหมดเป็นวงจรปิด
         ระบบแบบวงจรเปิด (Open cycle system)
         ระบบแบบวงจรเปิดมีหลักการทำงานจากการที่ใช้ น้ำผิวทะเลที่อุ่นเป็นของเหลวทำงาน น้ำจะถูกทำให้กลายเป็นไอในสภาพเกือบเป็นสูญญากาศ ที่อุณหภูมิผิวน้ำ ไอน้ำที่ขยายตัวขึ้นจะเป็นตัวขับกังหันความดันต่ำที่ต่อเข้ากับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ไอน้ำซึ่งไม่มีเกลือและเกือบจะเป็นน้ำบริสุทธ์จะกลั่นตัวเป็นของเหลวอีกครั้งจากการนำไปผึ่งกับอุณหภูมิเย็นของน้ำทะเลลึก ถ้าการกลั่นตัวไม่ได้เกิดจากการสัมผัสกัน โดยตรงของไอน้ำกับน้ำทะเล น้ำที่เกิดจากการกลั่นตัวนี้สามารถนำไปใช้ดื่มกิน หรือใช้ในการชลประทานได้
         ถ้าเกิดการสัมผัสกันโดยตรงระหว่างไอน้ำกับน้ำทะเลลึก การกลั่นตัวจะสร้างไฟฟ้าได้มากกว่าแต่ไอน้ำที่ผสมกับน้ำทะเลลึกจะกลายเป็นน้ำที่เค็มขึ้น หลังจากการผสมนี้น้ำที่ได้ จะถูกปล่อยกลับลงสู่ทะเล กระบวนการทั้งหมดจะเกิดขึ้นซ้ำเป็นวงจร โดยต้องจ่ายน้ำจากผิวทะเลเข้าไปอย่างต่อเนื่อง

รูปที่ 3 แผนภาพการทำงานของ Oscillating Water Column

ระบบแบบไฮบริด (Hybrid)
ระบบแบบไฮบริด เป็นระบบที่ผสมระหว่างระบบแบบวงจรปิดและระบบแบบวงจรเปิด เพื่อสร้างไฟฟ้าและน้ำบริสุทธิ์ในปริมาณที่เหมาะสม

Posted by : 123 Hello!!!
เวลา : 18:43
จำนวนผู้อ่าน : 10105 คน
Url เรื่องนี้คือ : http://learning.eduzones.com/tenny/3618
print