River Power Plant

River Power Plant

1. นิธิพงศ์ ช่างหล่อ                    5310060149

2. กฤษฎา บุญธำรง                    5310060164

3. องอาจ กวินปณิธาน                5310060214

4. เจษฎา พรานนท์สถิตย์             5310061154

5. ณภัทร บรรจงกิจ                     5310063085

Introduction

พลังงานน้ำ เป็นรูปแบบหนึ่งการสร้างกำลังโดยการอาศัยพลังงานจากการเคลื่อนที่ของน้ำ ปัจจุบัน พลังงานน้ำส่วนมากจะถูกใช้เพื่อใช้ในการผลิตไฟฟ้า นอกจากนี้แล้วพลังงานน้ำยังถูกนำไปใช้ในกรมชลประทาน การสี การทอผ้า เป็นต้น 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

พลังงานน้ำเกิดจากพลังงานแสงอาทิตย์ ที่ให้ความร้อนแก่น้ำและทำให้น้ำกลายเป็นไอน้ำลอยตัวสูงขึ้น มวลน้ำที่อยู่สูงขึ้นจากจุดเดิม (พลังงานศักย์) เมื่อมวลไอน้ำกระทบความเย็นก็จะเปลี่ยนเป็นของเหลวอีกครั้ง และตกลงมาเนื่องจากเนื่องจากแรงดึงดูดของโลก (พลังงานจลน์) การนำเอาพลังงานน้ำมาใช้ประโยชน์ทำได้โดยการเปลี่ยนพลังงานจลน์ของน้ำที่ไหลจากที่สูงลงสู่ที่ต่ำให้เป็นกระแสไฟฟ้า อุปกรณ์ที่ใช้ในการเปลี่ยนนี้คือ กังหันน้ำ (Turbines) น้ำที่มีความเร็วสูงจะผ่านเข้าท่อแล้วถ่ายทอดพลังงานจลน์เข้าสู่กังหันน้ำ ซึ่งจะไปหมุนขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอีกทอดหนึ่ง ในปัจจุบันพลังงานที่ได้จากแหล่งน้ำที่รู้จักกันโดยทั่วไปคือ พลังงานน้ำตก พลังงานน้ำขึ้นน้ำลง พลังงานคลื่น

Conceptของ River Powerplant

     แนวคิดในการทำงานของ Run-of-the-river hydroelectricity หรือROR เป็นโรงไฟฟ้าพลังน้ำในอุดมคติ ซึ่งทำงานโดยผันน้ำจากลำน้ำผ่านท่อส่งไปยังกังหันผลิตไฟฟ้า แล้วปล่อยลงสู่แม่น้ำดังเดิม

     โรงไฟฟ้าแบบนี้มีความแตกต่างกับเขื่อนขนาดใหญ่คือ ไม่จำเป็นที่จะต้องมีอ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่บริเวณเหนือสันเขื่อน  แต่ข้อแตกต่างที่สำคัญที่สุดคือ ระดับความแตกต่างของน้ำ(Head) ที่มีค่าน้อยกว่าเขื่อนทั่วไป จึงมักเลือกใช้ Turbine ชนิดKaplan Turbine ซึ่งมีจุดเด่นคือ สามารถทำงานได้ดีที่อัตราการไหลสูง แต่head ต่ำ

ลักษณะของโครงการจะสามารถแบ่งได้เป็น 2 ชนิดหลักๆคือ

- แบบไม่มีอ่างเก็บน้ำ โรงไฟฟ้าชนิดนี้จะเน้นผลิตไฟฟ้าสำหรับใช้ในช่วง peak load ซึ่งเป็นช่วงนี้มีผู้ใช้ไฟฟ้าเป็นจำนวนมากพร้อมๆกัน เช่น ในช่วงฤดูร้อน มีการเปิดเครื่องรับน้ำอย่างต่อเนื่องและเป็นเวลานาน

- แบบมีอ่างเก็บน้ำขนาดเล็ก โรงไฟฟ้าชนิดนี้จะผลิตไฟฟ้าสำหรับใช้ทั้งในช่วง  peak load และbase load เนื่องจากมีอ่างเก็บน้ำช่วยสะสมพลังงานไว้สำหรับผลิตไฟฟ้าในช่วง base load

วีดีโออธิบายการทำงาน

 ข้อดี

1.เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เหมือนกับโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำอื่นๆ ที่ไม่ต้องเผาใหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล ทำให้ไม่มีการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจก ซึ่งเป็นสาเหตุหนึ่งของภาวะโลกร้อน 

2.ไม่ต้องการพื้นที่เก็บน้ำขนาดใหญ่ จึงสามารถลดปริมาณพื้นที่น้ำท่วมเหนือเขื่อนลงได้ เป็นผลทำให้ไม่ต้องย้ายผู้อยู่อาศัยบริเวณเหนือเขื่อนออก และลดการทำลายพื้นที่ป่าไม้

ข้อเสีย

1. กำลังการผลิตไฟฟ้าไม่คงที่ เนื่องจากมีที่กักเก็บพลังงานน้อย ทำให้ไม่สามารถผลิตไฟฟ้าให้ตรงตามอุปสงค์ในขณะนั้นได้และกำลังการผลิตแปรผันตามฤดูกาล เช่น โรงไฟฟ้าจะผลิตไฟฟ้าได้มากในช่วงฤดูน้ำหลาก แต่จะผลิตไฟฟ้าได้น้อยในช่วงฤดูแล้ง

2. สภาพพื้นที่ตั้งโรงไฟฟ้า เนื่องจากกำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้มาจากความดัน (head) และอัตราการไหลของน้ำจึงต้องการพื้นที่ที่มีความลาดเอียงมากเพื่อลดค่าก่อสร้าง

3. ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม หากก่อสร้างโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่จะส่งผลกระทบต่อสภาพแวดล้อม เช่น โครงการโรงไฟฟ้าของ Plutonic Power Corp. ที่ Bute Inlet, British Columbia, Canada มีการแบ่งทางไหลของแม่น้ำออกเป็น 17 สาย เพื่อเข้าสู่อุโมงค์และท่อส่งของโรงไฟฟ้า ทำให้อัตราการไหลของแม่น้ำลดลง น้ำในแม่น้ำจึงมีอุณหภูมิสูงขึ้นเกินกว่าที่ปลาจะอาศัยอยู่ได้ในช่วงฤดูร้อน

โครงสร้างและเทคโนโลยี

โครงสร้างของRiver power plant นั้นมีลักษณะเดียวกันกับเขื่อนขนาดใหญ่ ซึ่งมีส่วนประกอบดังนี้

1.Headpound : สันเขื่อน : เป็นส่วนโครงสร้างสำหรับการผันน้ำ หรือกักเก็บน้ำ

2.Intake : ทางน้ำเข้า : 

3.Penstock : ท่อส่งน้ำ : ทำหน้าที่ส่งน้ำจากเขื่อนมายังโรงผลิตไฟฟ้า ในโครงการRiver plant หลายแห่ง ท่อส่งน้ำนี้มีความยาวมาก เนื่องจากตัวเขื่อนและโรงผลิตไฟฟ้า อยู่ห่างกันมาก เนื่องจากต้องการHead ที่มากพอที่จะใช้ผลิตไฟฟ้า

4.Power house : โรงผลิตไฟฟ้า : ส่วนอาคารสำหรับผลิตไฟฟ้า

5.Turbine : กังหัน : ทำหน้าที่เปลี่ยนการไหลของน้ำให้เป็นพลังงานกล

6.Draft Tube : ทางน้ำออกจาก Turbine มีลักษณะบานออกเพื่อลดความเร็วการไหลของน้ำ

7.Generator : เครื่องกำเนิดไฟฟ้า : เปลี่ยนพลังงานกลให้เป็นพลังงานไฟฟ้า 

8.Transformer : หม้อแปลงแรงดันสูง : ปรับแรงดันของไฟฟ้าที่ผลิตได้ ให้เหมาะสมต่อระบบส่งไฟฟ้า

ตัวอย่างโรงไฟฟ้าที่น่าสนใจ

โรงไฟฟ้า Belo Monte

  

- มี 3 เขื่อน โดยเขื่อนหลักคือ Belo Monte

- ตำแหน่งที่ตั้ง Xingu river, state of Para, Brazil

กำลังการผลิตไฟฟ้าสูงสุด 11,233 MW

 ประกอบด้วย

- 20 vertical Francis Turbines ขนาด 550 MW

- 7 Kaplan Bulb Turbines ขนาด 25.9 MW

โรงไฟฟ้า Gasselsdorf 

ตำแหน่งที่ตั้ง: Schwarze Sulm river  รัฐ Styria ประเทศ Austria 

อดีตโรงสีเก่าaซึ่งถูกสร้างขึ้นในปี1918 แล้วถูกเปลี่ยนให้เป็นโรงผลิตไฟฟ้า ลักษณะ River Power Plant ในปี1984 โดยวิศวะกรรายหนึ่ง

กำลังการผลิต : 1MW


อ้างอิง :
http://en.wikipedia.org/wiki/Run-of-the-river_hydroelectricity
http://www.verbund.com/pp/en/run-of-river-power-plant/gasselsdorf

Biomass Gasification Powerplants


1. นาย ธนพงศ์ ศักดิ์ปัญจโชติ 53-1006-007-3
2.นาย ปกรณ์ เสียมไหม 53-1006-107-1
3.นาย วิศวัชร์ ชุติวรเจริญชัย 53-1006-120-4
4.วสันต์ เรืองการุณ 53-1006-322-6
5.นายจิตรภณ เจนวีระนนท์ 53-1006-302-8


กระบวนการผลิตก๊าซชีวมวล

กระบวนการผลิตก๊าซเชื้อเพลิงชีวมวล (Biomass Gasification) คือ การเผาไหม้เชื้อเพลิงชีวมวลโดยการจำกัดอากาศเข้าทำปฏิกิริยา ส่งผลไหม้เกิดการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ ได้ผลผลิตเป็นก๊าซที่สามารถติดไฟได้ เช่น คาร์บอนมอนอกไซด์ มีเทน และไฮโดรเจน

โรงไฟฟ้าก๊าซชีวมวลมีส่วนประกอบหลัก 2 ส่วน

1.ส่วนการผลิตก๊าซ โดยผ่านการควบคุมกระบวนการที่อุณหภูมิสูง
2.ส่วนการแปลง อุปกรณ์ผลิตกระแสไฟฟ้าจากก๊าซชีวมวลที่ได้ เช่น เครื่องยนต์ก๊าซ (gas engine) กังหันก๊าซ (gas turbine) เป็นต้น

การแปรสภาพเป็นก๊าซ (Gasification)

                กระบวนการแปรสภาพเป็นก๊าซ โดยทำการเปลี่ยนก้อนชีวมวลของแข็งให้กลายเป็นก๊าซเชื้อเพลิง โดยก้อนชีวมวลของแข็งได้มาจากของเหลือจากการเกษตร , ไม้ชีวมวล หรือ ของเหลือจากการทำป่าไม้

ระบบผลิตก๊าซเชื้อเพลิงที่นิยมใช้กันในปัจจุบันบันมีอยู่ 2 รูปแบบ

โครงสร้างของเตาผลิต

ตารางเปรียบเทียบชนิดของวัตถุดิบ

ตารางเปรียบเทียบลักษณะการใช้งาน

ขั้นตอนในการผลิตก๊าซชีวมวล

ขั้นตอนการอบแห้ง (Dying zone) เป็นขั้นตอนแรกของการผลิตก๊าซเชื้อเพลิงชีวมวล อุณหภูมิในเขตนี้จะอยู่ในช่วงระหว่าง 100-135 องศาเซลเซียส ความชื้นของชีวมวลจะถูกระเหยออกไปเป็นส่วนใหญ่

ขั้นตอนการกลั่นสลาย (Pyrolysis) อุณหภูมิในเขตนี้จะอยู่ระหว่าง 450-600 องศาเซลเซียส โครงสร้างของเชื้อเพลิงจะถูกสลายโดยความร้อน ได้ผลผลิตที่เป็นสารอินทรี ส่วนใหญ่เป็นของเหลว เช่น น้ำมันดิน และสารระเหยอื่นๆ และก๊าซเชื้อเพลิงชีวมวลบางส่วนจะเกิดขึ้นในปฏิกิริยานี้

ขั้นตอนการเผาไหม้ (Combustion zone) เรียกอีกอย่างว่า "โซนออกซิเดชั่น (Oxidation zone)" อากาศจะถูกส่งผ่านเข้ามาในบริเวณนี้ และสัมผัสกับเชื้อเพลิงทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีระหว่างก๊าซออกซิเจนในอากาศกับคาร์บอนและไฮโดรเจนในเชื้อเพลิง ทำให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ

ขั้นตอนรีดัคชั่น (Reduction zone) เป็นขั้นตอนสุดท้ายของการผลิตก๊าซเชื้อเพลิงชีวมวล อุณหภูมิในเขตนี้จะอยู่ในช่วงระหว่าง 600-700 องศาเซลเซียส เกิดก๊าซเชื้อเพลิงได้แก่ คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ไฮโดรเจน (H2) และมีเทน (CH4)

การบูรณาการระหว่างการผลิตก๊าซและการกำเนิดกำลัง

ชนิดและวิธีการผลิตก๊าซที่แตกต่างกันและความหลากหลายของเทคโนโลยีการกำเนิดพลังงานไฟฟ้าจากเชื้อเพลิงที่เป็นก๊าซ มีความเป็นไปได้มากในการรวมกัน สำหรับการบูรณาการการผลิตก๊าซชีวมวลและการกำเนิดไฟฟ้า

การใช้งานสำหรับพลังงานไฟฟ้าที่มีความจุต่ำกว่า 1 เมกกะวัตต์ มักจะใช้เครื่องยนต์ก๊าซ(gas engine)เป็นอุปกรณ์สำหรับการแปลงพลังงาน สาเหตุหลักมาจากความพร้อมในเชิงพาณิชย์และค่าใช้จ่ายของอุปกรณ์มีราคาต่ำ อย่างไรก็ตาม การใช้กังหันก๊าซ(gas turbine)และเซลล์เชื้อเพลิง(Fuel Cell)ยังคงอยู่ระหว่างการทดสอบ

ตัวอย่างอุตสาหกรรมที่ใช้ Biomass gasification


สถานที่ติดตั้ง : บริษัท อุตสาหกรรมการเกษตรเขาค้อ จำกัด (โครงการอันเนื่องมาจากพระราชดำริ)

สถานที่ตั้ง : บริษัท ซูพรีมรีนิวเอเบิล เอ็นเนอร์ยี่ จำกัด อ.เวียงแก่น จ.เชียงราย

‎
REFERENCE

http://www.wisions.net/technologyradar/technology/biomass-gasification/need:3/subneed:/start_tech:92www2.dede.go.th/bett/Activities/KM/Gasifier.pdf

Geothermal energy

สมาชิกกลุ่ม

นาย ธนาธิป        เทียมประสิทธิ์           5310060081

นาย ชนาธิป        บุญญฤทธิ์                5310061030

นาย ธนภัทร        เกียรติคุณธรรม         5310062053

นาย กันตพัฒน์   โชติชญาน์นันทน์        5310062160

นาย อำนาจ         แผนสมบูรณ์             5310063325

(Introduction)พลังงานความร้อนใต้พิภพ

       ความร้อนใต้พิภพเป็นแหล่งพลังงานธรรมชาติอีกแหล่งหนึ่งที่น่าให้ความสนใจ เพราะเป็นแหล่งพลังงานที่ไม่มีต้นทุนค่าเชื้อเพลิง มีปริมาณมากพอที่จะใช้ได้โดยไม่มีวันหมด และไม่ก่อมลพิษต่อสภาพแวดล้อม ปัจจุบันประเทศไทยมีความต้องการใช้พลังงาน ในการพัฒนาด้านต่าง ๆ โดยเฉพาะการผลิตกระแสไฟฟ้าเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ การจัดหาแหล่งพลังงานที่มีอยู่ภายในประเทศ เช่น ถ่านหินลิกไนต์ ก๊าซธรรมชาติ พลังน้ำ ยังไม่เพียงพอต่อความต้องการ ในขณะที่การนำเข้า แหล่งพลังงานจากต่างประเทศ เช่น น้ำมันดิบ ถ่านหิน ไฟฟ้า ทำให้ประเทศต้องสูญเสียเงินตราให้ต่างประเทศเป็นจำนวนมาก นอกจากนี้กระบวนการผลิตที่ไม่มีประสิทธิภาพจากแหล่งพลังงานเหล่านี้ยังก่อให้เกิดปัญหาต่อสภาพแวดล้อม การแสวงหาแหล่งพลังงานเพื่อนำมาทดแทนและหาเทคโนโลยีใหม่ๆ เพื่อนำมาใช้ในการผลิตกระแสไฟและเป็นแหล่งพลังงานสำรองจึงมีความจำเป็นอย่างยิ่ง การใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าเป็นอีกทางเลือกหนึ่งที่ประเทศไทยควรมีสำรวจ และวิจัย เพื่อพัฒนาศักยภาพการใช้ทรัพยากรพลังงานให้เกิดประโยชน์สูงสุดต่อไป 

1 โครงสร้างของโลก

             พลังงานความร้อนใต้พิภพ เป็นพลังงานธรรมชาติชนิดหนึ่งที่ไม่ได้มีต้นเหตุโดยตรงมาจากพลังงานแสงอาทิตย์ (Ristinen & Kraushaar. 1999 : 158) เพราะเป็นพลังงานความร้อนที่ถูกกักเก็บไว้ภายใต้ผิวโลกตามธรรมชาตินับตั้งแต่มีการก่อกำเนิดเป็นโลกขึ้นมา ดังนั้นการทำความเข้าใจในเรื่องของความร้อนภายในโลกจึงจำเป็นต้องรู้เข้าใจถึงลักษณะโครงสร้างภายของโลกก่อน ลักษณะโครงสร้างภายของโลก สามารถแบ่งออกเป็น 3 ชั้นดังแสดงในภาพที่ 8.1 ได้แก่

1.1 ชั้นเปลือกโลก

             ชั้นเปลือกโลก (crust) หมายถึงเปลือกโลกชั้นนอกสุด ซึ่งจะมีความหนาประมาณ 32-64 กิโลเมตร เมื่อวัดจากภาคพื้นทวีปลงไปหรือมีความหนาประมาณ 5-8 กิโลเมตร เมื่อวัดจากท้องมหาสมุทรในชั้นนี้อาจแบ่งออกเป็น 2 ส่วนคือ

1.1.1 เปลือกโลกส่วนบน (upper crust) หรือเรียกว่า ชั้นไซอัล (sial) เป็นส่วนที่หนาที่สุดของเปลือกโลก มีความหนาแน่นต่ำและประกอบด้วยแร่ธาตุจำพวก หินบะซอลท์ และ ซิลิเกต เป็นส่วนใหญ่ 

1.1.2 เปลือกโลกส่วนล่าง (lower crust) หรือเรียกว่า ชั้นไซมา (sima) เป็นชั้นบางๆ แต่มีความหนาแน่นมากกว่าเปลือกโลกส่วนบน ชั้นนี้ประกอบด้วยพวก หินตะกอน หินทราย เป็นส่วนใหญ่ชั้นนี้จะเป็นแหล่งที่อยู่ของน้ำมันและก๊าซธรรมชาติ ส่วนของเปลือกโลกที่เป็นภาค พื้นทวีปประกอบด้วยทั้งชั้นไซอัลและชั้นไซมา ทำให้มีความหนามากกว่าส่วนที่อยู่ใต้มหาสมุทร ซึ่งมีเพียงชั้นไซมาเท่านั้นโครงสร้างภายในของโลก

1.2 ชั้นแมนเทิล 

           ชั้นแมนเทิล (mantle) เป็นชั้นที่อยู่ระหว่างเปลือกโลกกับแก่นโลก เป็นส่วนที่มีปริมาตรมากที่สุดคือประมาณร้อยละ 80 ของปริมาตรของโลก ในชั้นนี้จะมีส่วนประกอบของแมกนีเซียมและเหล็กเป็นส่วนใหญ่ สามารถแบ่งออกเป็น 2 ส่วนคือ
1.2.1 ชั้นแมนเทิลส่วนบน (upper mantle) เป็นชั้นที่อยู่ลึกลงไปประมาณ 200 กิโลเมตร โดยมีความหนาถึงส่วนล่างของชั้นประมาณ 9,440 กิโลเมตร ในชั้นนี้จะมีส่วนประกอบของแร่ธาตุหลากหลายชนิดเช่น โอลิฝิน (olivine) และ ไพรอกซีน (pyroxenes) เป็นต้น
1.2.2 ชั้นแมนเทิลส่วนล่าง (lower mantle) เป็นชั้นที่อยู่ลึกลงไปประมาณ 2,880 กิโลเมตร โดยมีความหนาถึงส่วนล่างของชั้นประมาณ 18,880 กิโลเมตร ในชั้นนี้มีความหนาแน่นมากและมีส่วนประกอบของแร่ซิลิเกตเป็นส่วนใหญ่ 

1.3 แกนโลก 

            แกนโลก (core) เป็นส่วนชั้นในสุดของโลก มีความหนาแน่นและอุณหภูมิสูงมาก ประกอบด้วยแร่ธาตุพวกโลหะผสมระหว่าง เหล็กและนิกเกิลเกือบทั้งหมด ในชั้นนี้สามารถแบ่งออกเป็น 2 ชั้น คือ 
1.3.1 แกนโลกชั้นนอก (outer core) มีสภาพเป็นหินเหลวหรือที่เรียกว่า แมกมา (magma) มีความหนาประมาณ 2,100 กิโลเมตร มีอุณหภูมิระหว่างรอยต่อกับชั้นแมนเทิลประมาณ 4,000 องศาเซลเซียส
1.3.2 แกนโลกชั้นใน (inner core) มีสภาพเป็นโลหะแข็ง ประกอบด้วยเหล็กและนิกเกิล มีความหนาประมาณ 1,350 กิโลเมตร มีอุณหภูมิที่รอยต่อระหว่างชั้นนี้กับชั้นนอกสูงมากถึง 6,400 องศาเซลเซียส

แหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพ

แหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพที่พบในโลกแบ่งเป็นลักษณะใหญ่ๆ 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

(Principle and Operation)

แหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพนั้นจะอยู่ลึกลงไปใต้พื้นดิน ซึ่งจะถูกกำเนิดจากใจกลางของแกนโลกลึกลงไป 4000 ไมล์ ซึ่งยากที่จะเข้าถึงและนำไปใช้ประโยชน์ แต่ได้มีพลังงานบางส่วนถูกปลดปล่อยออกมาทางรอยต่อของแผ่นเปลือกโลก ดังที่เห็นได้ในรูปแบบต่างๆ อาทิเช่น ภูเขาไฟ น้ำพุร้อน กีเซอร์ ฯลฯ ซึ่งเส้นเขตแดนที่มีการกระจายตัวของภูเขาไฟ หรือแหลงพลังงานใต้พิภพมากๆนั้น จะสามารถพบได้ตามเส้นวงแหวนแห่งไฟ(Ring of Fire) ดังนั้น ต่ำแหน่งที่เหมาะสมแก่การตั้งโรงไฟฟ้าจึงเป็นตำแหน่งที่มีระดับความลึกในการเข้าถึงแหล่งพลังงานไม่มากจนเกินไป ดังที่กล่าวมานี้ เพราะการขุดเจาะเพื่อเข้าถึงแหล่งพลังงานและนำมาใช้งานนั้นสามารถทำได้ในระดับความลึก 1-2 ไมล์ โดยอุณหภูมิของน้ำที่ต้องการนั้นจะอยู่ประมาน 350+ F

หลักการทำงาน

1.      น้ำถูกปั้มลงไปยังแหล่งพลังงานใต้พิภพเพื่อรับความร้อน ภายใต้สภาวะแรงดันสูง

2.      หลังจากเสร็จสิ้นกระบวนการแลกเปลี่ยนความร้อนแล้ว น้ำจะถูกสูบกลับขึ้นมายังผิวโลกอีกครั้ง ซึ่งส่งผลให้ความดันตก เพราะความดันบนผิวโลกนั้นน้อยกว่าความดันใต้พื้นพิภพ จึงส่งผลให้น้ำเปลี่ยนสถานะเป็นไอน้ำ

3.      ไอน้ำจะถูกนำไปใช้ในการขับเคลื่อนกังหันไอน้ำ ซึ่งเชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

4.      ไอน้ำที่ออกจากกังหันไอน้ำจะถูกทำให้ทำให้ควบแน่น จนเปลี่ยนสถานะกลายเป็นน้ำอีกครั้งหนึ่งโดยคูลลิ่งทาวเวอร์

5.      น้ำที่ควบแน่นจากคูลลิ่งทาวเวอร์จะถูกปั๊มกลับลงไปยังแหล่งพลังงานใต้พิภพอีกครั้งหนึ่ง เพื่อดำเนินวัฏจักร

(Technology)
โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพ

        การใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพเพื่อการผลิตไฟฟ้าเริ่มต้นขึ้นในปี 1913 ที่ประเทศอิตาลี โดยใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพจากแหล่งลาร์เดอเรลโล มีขนาดกำลังการผลิต 250 กิโลวัตต์ นับว่าเป็นโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพแห่งแรกในโลกที่มีการผลิตไฟฟ้าออกมาในเชิงอุตสาหกรรม โดยในปัจจุบันได้พัฒนาและขยายเป็นโรงไฟฟ้าขนาด 700 เมกะวัตต์ นอกจากนี้ยังมีแผนที่จะเพิ่มขนาดกำลังการผลิตมากขึ้นเป็น 1,200 เมกะวัตต์ ในอนาคต
       โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพที่ใหญ่ที่สุดในโลกในปัจจุบันคือ โรงไฟฟ้าที่ผลิตจากแหล่งที่เรียกว่าเกย์เซอร์ฟิลด์ดังที่ได้กล่าวมาแล้ว โดยเริ่มผลิตไฟฟ้าในปี ค.ศ. 1984 มีกำลังการผลิตในขณะเริ่มต้น 565 เมกะวัตต์ และเพิ่มขึ้นเป็น 1,300 เมกะวัตต์ในปี ค.ศ. 1984 นอกจากนี้ยังมีอีกหลายประเทศทั่วโลกที่ใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพผลิตไฟฟ้า เช่น รัสเซียนิวซีแลนด์ เม็กซิโก ไอซ์แลนด์ หรือในแถบเอเชีย เช่น ญี่ปุ่น ฟิลิปปินส์ อินโดนีเซีย เป็นต้น โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพทั่วโลกติดตั้งและดำเนินการผลิตไปแล้วมากกว่า 250 แห่ง เทคโนโลยีที่ใช้สำหรับโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพในแต่ละแห่งจะแตกต่างกันขึ้นอยู่กับ คุณสมบัติต่างๆของแหล่งพลังงานความร้อน ซึ่งนอกจากจะต้องพิจารณาถึงอุณหภูมิและความดันของของไหลที่มีในแหล่งนั้นๆแล้ว ยังต้องคำนึงถึงความเค็มและสารประกอบจำพวกก๊าซต่างๆที่มีอยู่ในของไหลนั้นด้วยเพราะอาจส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้าได้ โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพสามารถแบ่งออกเป็น 4 แบบ

1.โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพแบบไอแห้ง

              โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพแบบไอแห้ง (dry steam power plant) ใช้สำหรับผลิตไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพแบบไอแห้ง ไอแห้งที่ได้จากแหล่งพลังงานความร้อนนี้จะมีอุณหภูมิประมาณ 180-225 องศาเซลเซียส มีความดันประมาณ 4-8 เมกะพาสคัล โดยจะเคลื่อนที่ขึ้นสู่ผิวโลกทางท่อที่ใส่ไว้ในหลุมเจาะด้วยความเร็วหลายร้อยกิโลเมตรต่อชั่วโมง เมื่อขึ้นมาถึงส่วนของกังหันที่ถูกต่ออยู่กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า จะสามารถดันให้กังหันหมุนและผลิตไฟฟ้าออกมาได้อย่างมีประสิทธิภาพ ถ้าในบางแหล่งที่มีอุณหภูมิสูงมากๆ ซึ่งอาจสูงถึง 300-350 องศาเซลเซียส และหากมีความดันของไอสูงด้วยแล้วจะยิ่งเป็นผลดีต่อการนำไปใช้ประโยชน์ในระบบผลิตไฟฟ้า โรงไฟฟ้าแบบนี้ถือว่าเป็นระบบที่ธรรมดาและคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์มากที่สุด โดยทั่วไปการผลิตไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้าแบบนี้จะต้องใช้ ไอน้ำประมาณ 6.5 กิโลกรัมต่อการผลิตไฟฟ้า 1 กิโลวัตต์ชั่วโมง ลักษณะของการทำงานของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพแบบไอแห้งนี้แสดงไว้ในภาพ

2. โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพแบบซิงเกิลแฟลชสตรีม

โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพแบบซิงเกิลแฟลชสตรีม (single flash steam power plant) ถูกใช้สำหรับผลิตไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพแบบไอเปียก ซึ่งมีละอองไอน้ำผสมอยู่บางส่วน ดังนั้นโรงไฟฟ้าแบบนี้จึงต้องมีการติดตั้งเครื่องแยกละอองไอน้ำนั้นออกเสียก่อนเพื่อป้องกันการไปรบกวนระบบกังหัน และอาจก่อให้เกิดการสะสมตัวของตะกอนของแร่ธาตุที่ผสมอยู่ในไอน้ำนั้นตามจุดต่างๆ บนกังหัน ไอน้ำที่ใช้หมุนกังหันในโรงไฟฟ้าแบบนี้ควรมีอุณหภูมิประมาณ 155-165 องศาเซลเซียส และมีความดันอยู่ในช่วง 0.5-0.6 เมกะพาสคัล โดยทั่วไปการผลิตไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้าแบบนี้จะต้องใช้ไอน้ำประมาณ 8 กิโลกรัม ต่อการผลิตไฟฟ้า 1 กิโลวัตต์ชั่วโมง ลักษณะของการทำงานของโรงไฟฟ้าแบบซิงเกิลแฟลชสตรีมแสดงไว้ในภาพ

3. โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพแบบ 2 วงจร

       โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพแบบ 2 วงจร (binary cycle power plant) โรงไฟฟ้าแบบนี้จะถูกใช้กับแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพที่มีอุณหภูมิและความดันไม่สูงนัก เช่น แหล่งพลังงานความร้อนที่เป็นน้ำร้อนหรือน้ำเค็มร้อน การทำงานของระบบโรงไฟฟ้าแบบนี้ต้องอาศัยสารทำงานในลักษณะของสารทำงานทุติยภูมิ ซึ่งจะมีคุณสมบัติของจุดเดือดต่ำเช่น แอมโมเนีย ฟรีออน เพนเทน หรือ บิวเทน เป็นต้น สารทำงานเหล่านี้เมื่อได้รับพลังงานความร้อนจากน้ำร้อน จะระเหยกลายเป็นไอและถูกส่งไปขับให้กังหันหมุนเพื่อผลิตไฟฟ้า ในกรณีที่อุณหภูมิของแหล่งความร้อนต่ำกว่า 170 องศาเซลเซียส ระบบนี้จะมีประสิทธิภาพดีกว่าแบบซิงเกิลแฟลชสตรีม นั่นคือข้อได้เปรียบของโรงไฟฟ้าแบบนี้คือ สามารถใช้กับแหล่งพลังงานความร้อนที่มีอุณหภูมิไม่สูงนักซึ่งสามารถพบได้โดยทั่วไป นอกจากนี้สารประกอบทางเคมีที่ผสมอยู่ในน้ำร้อนยังสามารถแยกออกและนำไปใช้ประโยชน์ได้ อย่างไรก็ตามข้อเสียของโรงไฟฟ้าแบบนี้คือ การลงทุนค่อนข้างสูง และการเก็บรักษาพลังงานความร้อนของน้ำร้อนจะต้องเก็บภายใต้ความดันสูง ลักษณะของการทำงานของโรงไฟฟ้าแบบ 2 วงจร แสดงไว้ในภาพ

4.โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพแบบดับเบิลแฟลชสตรีม

       โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพแบบดับเบิลแฟลชสตรีม เกิดจากการผสม ผสานแนวคิดระหว่างการพัฒนาเทคนิคที่ใช้ในโรงไฟฟ้าแบบซิงเกิลแฟลชสตรีม กับการลดต้นทุนในการลงทุนของโรงไฟฟ้าแบบ 2 วงจร โรงไฟฟ้าแบบนี้เหมาะสำหรับแหล่งพลังงานความร้อนที่มีส่วนผสมของสารประกอบอื่นในปริมาณต่ำ และต้องไม่มีปัญหาในเรื่องของการควบแน่นของก๊าซที่ผสมอยู่ เพราะอาจก่อให้เกิดผลกระทบการทำงานของระบบทำให้ประสิทธิภาพของระบบลดลง การทำงานของระบบนี้แหล่งพลังงานความร้อนซึ่งมีความดันสูงจากภายนอกจะถูกแบ่งเป็น 2 ส่วน เพื่อส่งไปขับกังหันที่มีอยู่ 2 ชุด เป็นผลให้ระบบสามารถผลิตไฟฟ้าได้มากกว่าปกติประมาณร้อยละ 20-25 โดยมีการลงทุนในส่วนของโรงไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอีกเพียงร้อยละ 5 เท่านั้น ลักษณะการทำงานของโรงไฟฟ้าแบบดับเบิลแฟลชสตรีม แสดงไว้ในภาพ

(Economics)

   ค่าใช้จ่ายในการสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพนั้น โดยทั่วไปแล้วจะสูงกว่าโรงไฟฟ้าแบบเชื้อเพลิงแก็สถึงสองเท่า เพราะสถานที่ตั้งโรงไฟฟ้านั้น ส่วนใหญ่จะอยู่ห่างจากตัวเมืองมาก และการขุดเจาะในระดับความลึก 1-2 ไมล์นั้นสามารถทำได้ยาก เพราะมีชั้นหินเป็นอุปสรรค์ ดังนั้นจึงต้องอาศัยเทคโนโลยีที่ทันสมัย หลังจากขุดเสร็จจะต้องมีการเสริมความแข็งแรงของพื้นดินเพื่อป้องกันการทรุดตัว เนื่องจากปัจจัยดังกล่าวนี้จึงเป็นเหตุให้ค่าใช้จ่ายในการก่อสร้างสูง

     แต่เมื่อวิเคราะห์เชิงเศรษฐศาสตร์ในแง่ของการผลิตในระยะยาวแล้ว โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพนั้นมีข้อดีกว่าโรงไฟฟ้าแบบเชื้อเพลิงฟอสซิลหรือแบบอื่นๆดังนี้

1.วัตภุดิบที่ใช้ในการผลิตมีเพียงน้ำเท่านั้น ซึ่งหาง่ายและราคาถูกกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิล

2.ไม่ต้องประสบปัญหาความผันผวนของราคาต้นทุนการผลิต เหมือนเชื้อเพลิงฟอสซิล

3.มีค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาน้อยกว่าแบบเชื้อเพลิงฟอสซิล

4.เนื่องจากเป็นพลังงานสะอาด จึงไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายในการกำจัดคาร์บอน และซัลเฟอร์

5.การผลิตไฟฟ้าจากกังหันลมและน้ำนั้น สามารถผลิตได้เฉพาะในช่วงที่มีลมหรือคลื่นเท่านั้น แต่โรงไฟฟ้า   พลังงานความร้อนใต้พิภพนั้นสามารถผลิตได้ตลอด

6.มีความยั่งยืนในระยะยาวมากกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิล คุ้มค่าแก่การลงทุน

Reference

• Geothermal engineering : fundamentals and applications / Arnold Watson
• Geothermal power plants : principles, applications, case studies and environmental impact / Ronald DiPippo
• Geothermal energy [electronic resource] : renewable energy and the environment / William E. Glassley

http://www.geo-energy.org/reports/Environmental%20Guide.pdf

http://www.geo-energy.org/geo_basics_plant_cost.aspx

http://503thermo2.blogspot.com/2009/12/4.html

http://www.earthlyissues.com/geothermal.htm

https://www.youtube.com/watch?v=yrYEgJhLVNQ

http://www.triplepundit.com/2012/06/geothermal-energy-pros-cons/

http://www.ucsusa.org/clean_energy/our-energy-choices/renewable-energy/how-geothermal-energy-works.html