พลังงานไฟฟ้าจากถ่านหิน ISBN 978-974-8006-61-1 พิมพ์ครั้งที่ 2
จ�ำนวน 5,000 เล่ม
จ�ำนวนหน้า
96 หน้า
ผู้แต่ง
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
จัดพิมพ์โดย
การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.) เลขที่ 53 หมู่ 2 ถนนจรัญสนิทวงศ์ ต�ำบลบางกรวย อ�ำเภอบางกรวย นนทบุรี ประเทศไทย 11130 โทรศัพท์ 0-2436-0000 www.egat.co.th
ออกแบบและจัดพิมพ์ที่
บริษัท เดคอเดีย ดีไซน์ จ�ำกัด 56/12 ชั้น 2 ถนนเอกชัย แขวงบางขุนเทียน เขตจอมทอง กรุงเทพฯ 10150 โทรศัพท์ 0-2893-3131 โทรสาร 0-2415-5232
ลิขสิทธิ์โดย
การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.)
สารบัญ ตอนที่ 1 พลังงานและประเภทของโรงไฟฟ้า
7
ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับพลังงาน นิยามของพลังงาน ความส�ำคัญของพลังงานในชีวิตประจ�ำวัน หลักการผลิตไฟฟ้า พลังงานสามารถเปลี่ยนรูปได้ ประเภทของโรงไฟฟ้า สถานการณ์พลังงานของประเทศไทยในปัจจุบัน ต้นทุนการผลิตไฟฟ้า (เฉพาะค่าเชื้อเพลิง) จ�ำแนกตามชนิดเชื้อเพลิง (ต.ค. 2552) กรอบพิจารณากลยุทธ์ด้านพลังงาน
9 10 11 13 14 16 36
ตอนที่ 2 ถ่านหิน
43
ถ่านหินกับความมั่นคงด้านพลังงาน การใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงส�ำหรับโรงงานอุตสาหกรรม ถ่านหินคืออะไร องค์ประกอบในการก�ำเนิดถ่านหิน กระบวนการเกิดถ่านหิน การจ�ำแนกถ่านหิน
39 40 49 52 52 53 54 57
สารบัญ (ต่อ) การใช้ประโยชน์จากถ่านหิน 1. การใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิง 2. การใช้ถ่านหินเพื่อวัตถุประสงค์อื่น ข้อดีข้อด้อยของเชื้อเพลิงแต่ละชนิด ถ่านหิน อีกทางเลือกหนึ่งที่ส�ำคัญ มลภาวะที่เกิดจากถ่านหินสิ่งที่ต้องตระหนัก ในการใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิง ท�ำไมถ่านหินถูกต่อต้าน เทคโนโลยีจะช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม จากการใช้ถ่านหินได้อย่างไร เทคโนโลยีถ่านหินสะอาด 1. เทคโนโลยีถ่านหินสะอาดก่อนการเผาไหม้ 2. เทคโนโลยีถ่านหินสะอาดขณะเผาไหม้ หรือเมื่อน�ำมาใช้ประโยชน์ แปลงถ่านหินให้เป็นพลังงานอื่นที่สะอาดกว่า ก๊าซเชื้อเพลิงจากถ่านหิน การควบคุมการปล่อยมลภาวะหลังการเผาไหม้ การใช้ประโยชน์ของเหลือทิ้ง สรุปการจัดการลดมลภาวะจากการใช้ถ่านหิน แนวโน้มการพัฒนาเทคโนโลยีถ่านหินสะอาดในอนาคต บทสรุป
59 59 59 60 61 61 62 63 65 66 69 75 77 81 86 91 91 95
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
ตอนที่ 1
พลังงานและประเภทของโรงไฟฟ้า
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 1 : พลังงานและประเภทของโรงงานไฟฟ้า
ตอนที่ 1
พลังงานและประเภทของโรงงานไฟฟ้า ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับพลังงาน น้องๆ เคยคิดไหมว่า “พลังงาน” ที่เราได้ยินหรือสัมผัสได้รอบๆ ตัวเรานั้น เกิดขึ้นมาได้ยังไง มีที่มาที่ไปเป็นอย่างไร จ�ำเป็นต่อการด�ำรงชีวิตของเราหรือไม่ สิ่งเหล่านี้เกิดขึ้นได้อย่างไร มันเกิดขึ้นมาเองหรือไม่ หรือว่ามีอยู่แล้วในธรรมชาติ ทั่วๆ ไป ซึ่งจริงๆ แล้วถ้าเราลองสังเกตรอบๆ ตัวเรา เราจะพบว่าพลังงานนั้น มีมากมายหลายรูปแบบ โดยที่บางครั้งเราอาจจะคาดไม่ถึงเลยก็ได้ ไม่ว่าจะเป็น พลังงานความร้อน พลังงานเคมี พลังงานไฟฟ้า พลังงานกล พลังงานแสงอาทิตย์ หรือว่าจะเป็นพลังงานนิวเคลียร์ซึ่งในประเทศของเราก�ำลังพัฒนาอยู่
9
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
ถ้าจะพูดว่าพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานที่จ�ำเป็นที่สุดต่อสิ่งมีชีวิต บนโลกก็คงไม่ผิดนัก เพราะพลังงานแสงอาทิตย์นอกจากจะให้ก�ำเนิดสิ่งมีชีวิต ยั ง เป็ น ต้ น ก� ำ เนิ ด ของพลั ง งานต่ า งๆ ที่ ไ ด้ ก ล่ า วมาอี ก ด้ ว ย เพราะพื ช ก็ ต ้ อ งใช้ แสงอาทิตย์ในการสังเคราะห์แสง เพื่อเปลี่ยนแร่ธาตุในดินให้กลายเป็นอาหาร หรื อ พลั ง งานสะสมไว้ ใ นใบและล� ำ ต้ น เมื่ อ สั ต ว์ กิ น พื ช ได้ กิ น ส่ ว นต่ า งๆ ของพื ช เข้ า ไป ก็ จ ะย่ อ ยสลายพลั ง งานจากพื ช เพื่ อ น� ำ ไปใช้ ใ นการด� ำ รงชี พ และสะสม ไว้ ใ นร่ า งกายของมั น เมื่ อ สั ต ว์ กิ น เนื้ อ จั บ เหยื่อที่เป็นสัตว์กินพืช และกินเอาเนื้อ ของมั น เข้ า ไป ก็ จ ะย่ อ ยสลายพลั ง งานที่ ส ะสมอยู ่ใ นส่ว นต่ า งๆ ของสั ตว์ กินพื ช เพื่ อ น� ำ ไปใช้ แ ละสะสมในร่ า งกายของมั น ต่ อ ไป เมื่ อ พื ช และสั ต ว์ (ทั้ ง สั ต ว์ กิ น เนื้ อ และสั ต ว์ กิ น พื ช ) ล้ ม ตายลง ชิ้ น ส่ ว นและร่ า งกายของสั ต ว์ เ หล่ า นี้ ก็ จ ะ เน่ า เปื ่ อ ยทั บ ถมกั น ส่ ว นที่ อ ยู ่ บ นผิ ว ดิ น ก็ จ ะเน่ า เปื ่ อ ยย่ อ ยสลายกลายเป็ น ปุ ๋ ย บางส่วนที่อาจจะทับถมกันอยู่ใต้ดิน ก็จะเปลี่ยนสภาพไปเป็นฟอสซิล (ภายใต้สภาพ แวดล้อมที่เหมาะสมเป็นเวลาหลายล้านปี) ได้แก่ น�้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ และถ่านหิน ถ้าลองสังเกตดีๆ นอกจากพลังงานแสงอาทิตย์ในธรรมชาติก็มีพลังงาน ที่ ส� ำ คั ญ ต่ อ ชี วิ ต ของเรามากมาย เช่ น พลั ง งานจากลม จากน�้ ำ และจากคลื่ น ในมหาสมุทร เป็นต้น มนุษย์เรารู้จักใช้พลังงานลมในรูปของเรือใบ หรือกังหัน ลม เพื่อวิดน�้ำเข้านา และรู้ที่จะใช้พลังงานจากน�้ำตก เพื่อทดน�้ำขึ้นไปใช้ในพื้นที่ ที่ อ ยู ่ สู ง ขึ้ น ไป ซึ่ ง พลั ง งานที่ มี อ ยู ่ ใ นธรรมชาติ เ หล่ า นี้ เป็ น พลั ง งานที่ ไ ม่ ต ้ อ ง ซื้อหา มีใช้ได้ไม่มีวันหมด
นิยามของพลังงาน น้ อ งๆ คงได้ เรี ย นกั น มาบ้ า งแล้ ว ว่ า พลั ง งานคื อ อะไร ถ้ า เราลองมาดู ความหมายของค�ำว่า “พลั ง ” หมายถึ ง ความสามารถหรื อ ก� ำ ลั ง ในการกระท� ำ สิ่ ง ใดสิ่ ง หนึ่ ง ในขณะที่ค�ำว่า “งาน” หมายถึง การเคลื่อนที่หรือเคลื่อนย้ายมวลหรือวัตถุจาก จุดๆ หนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง (ความหมายตามวิชากลศาสตร์) ดังนั้น ค�ำว่า “พลังงาน” อาจแปลความหมายได้ว่า ความสามารถในการท�ำให้เกิดงาน (ในเชิงกลศาสตร์)
10
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 1 : พลังงานและประเภทของโรงงานไฟฟ้า
ความส�ำคัญของพลังงานในชีวิตประจ�ำวัน เมื่อเราย้อนกลับไปดูวิถีชีวิตของผู้คนในอดีตเมื่อร้อยกว่าปีก่อนแล้วเปรียบ เทียบกับปัจจุบันจะเห็นความแตกต่างได้อย่างชัดเจน เช่น คนสมัยก่อนจะใช้พลังงาน ความร้อนเป็นหลักส�ำหรับการหุงหาอาหารและการท�ำบ้านเรือนให้อบอุน่ (ในประเทศ เมืองหนาว) พลังงานความร้อนทีใ่ ช้สว่ นมากได้จากการเผาไม้ฟนื หรือถ่านไม้ ส่วนการ เดินทางสัญจรผู้คนในสมัยนั้นใช้แรงงานจากสัตว์เลี้ยง เช่น ช้าง ม้า และวัวควาย หรือ ใช้เรือใบซึ่งใช้พลังงานลมที่มีอยู่ตามธรรมชาติ การใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล ได้แก่ น�้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ และถ่านหิน เพิ่งเริ่มใช้ได้ไม่เกิน 200 ปีที่ผ่านมานี้เอง แต่ปัจจุบัน นี้เรานิยมใช้ก๊าซหุงต้มหรือไฟฟ้าส�ำหรับการหุงหาอาหารและการท�ำให้บ้านเรือน อบอุ่น ส่วนการเดินทางนั้น เราเปลี่ยนมาใช้รถยนต์และรถจักรยานยนต์แทนม้าและ เกวียน เพราะสะดวกและรวดเร็วกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีการค้นพบพลังงาน ไฟฟ้าเมื่อศตวรรษที่ผ่านมา ท�ำให้เกิดการพัฒนาเครื่องจักรและอุปกรณ์ต่างๆ ตาม มาอย่างมากมายซึง่ ใช้ไฟฟ้าเป็นพลังในการขับเคลือ่ น ในสังคมเมืองสมัยใหม่ เรานิยม ใช้พลังงานไฟฟ้ากันอย่างแพร่หลาย เพราะเป็นพลังงานที่น�ำไปใช้ได้ง่ายและสะดวก ในการเปลี่ยนรูปแบบไปใช้ในรูปพลังงานอื่น เช่น พัดลมหรือเครื่องปรับอากาศที่น�ำ พลังงานไฟฟ้ามาเปลีย่ นเป็นพลังงานกล หรือเตารีดและเครือ่ งท�ำความร้อน (Heater) ในประเทศเมืองหนาวที่น�ำพลังงานไฟฟ้ามาเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อน หลอดไฟ ที่ให้ความสว่างก็ล้วนต้องใช้พลังงานไฟฟ้าทั้งสิ้น หรือแม้กระทั่งรถยนต์ก็เริ่มมีการ ใช้ระบบพลังงานไฟฟ้าแทนพลังงานที่ได้จากการเผาไหม้เชื้อเพลิงเพื่อลดมลภาวะ
11
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
เพราะธรรมชาติของมนุษย์นั้นมีความมุ่งมั่นที่จะพัฒนาและคิดค้นสิ่งใหม่ๆ อยู่ตลอดเวลา เพื่อช่วยให้มนุษย์เราใช้ชีวิตอย่างสะดวกสบายและรวดเร็วยิ่งขึ้น แต่ก็ต้องแลกมาด้วยพลังงานหรือเชื้อเพลิง(โดยเฉพาะเชื้อเพลิงฟอสซิลที่มีปริมาณ จ�ำกัด) ที่นับวันๆ ปริมาณการใช้พลังงานมีแต่จะเพิ่มขึ้น เนื่องจากหลายๆ สาเหตุ เช่น จ�ำนวนประชากรโลกที่เพิ่มสูงขึ้นทุกวัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในประเทศที่ไม่มี การคุมก�ำเนิดท�ำให้จ�ำนวนคนเพิ่มขึ้น อีกทั้งเทคโนโลยีที่รุดหน้าแบบก้าวกระโดด ท�ำให้มีการพัฒนาและขยายตัวในด้านต่างๆ เช่น อุตสาหกรรม สังคม การศึกษา รวมถึงด้านสิ่งแวดล้อม ท�ำให้ความต้องการใช้พลังงานจึงเพิ่มตามจ�ำนวนประชากร และความก้าวหน้าทางด้านเทคโนโลยีที่พัฒนาอย่างรวดเร็ว
12
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 1 : พลังงานและประเภทของโรงงานไฟฟ้า
หลักการผลิตไฟฟ้า เคร�่องกำเนิดไฟฟากระแสสลับ
N
S
วงแหวน
แผนคารบอน
รูปที่ 1 การหมุนขั้วโลหะเพื่อผลิตไฟฟ้า น้องๆ เคยเรียนกันมาแล้วว่า พลังงานไฟฟ้าสามารถผลิตได้จากการหมุนขั้ว โลหะที่ต่อกับขดลวดภายใต้สนามแม่เหล็ก (ดูรูปที่ 1 ประกอบ) ซึ่งเป็นวิธีผลิตไฟฟ้า หลักในเครื่องก�ำเนิดไฟฟ้าหรือไดนาโม ประเด็นที่น่าสนใจคือ เราต้องมีพลังงานกล ที่มากพอและต่อเนื่องเพื่อใช้หมุนขั้วโลหะของเครื่องก�ำเนิดไฟฟ้า เพื่อให้ได้กระแส ไฟฟ้าทีต่ อ่ เนือ่ งและสม�ำ่ เสมอ ค�ำถามต่อมาคือ แล้วเราจะไปเอาพลังงานกลจากทีไ่ หน ล่ะ ค�ำตอบก็คือ พลังงานกลอาจเป็นพลังงานกลที่มีอยู่ตามธรรมชาติ เช่น พลังงาน ลม หรือพลังงานน�้ำ แต่พลังงานเหล่านี้ไม่ได้มีให้ใช้ได้อย่างสม�่ำเสมอตลอดเวลา เช่น
13
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
ลมอาจจะพัดบ้างหรือหยุดพัดบ้าง พลังงานจากน�้ำก็อาจได้บ้างไม่ได้บ้าง ขึ้นอยู่กับ ปริมาณน�้ำฝนที่ตกในแต่ละฤดูกาล ด้วยเหตุนี้ เราจึงนิยมใช้พลังงานความร้อน (ที่ได้ จากการเผาไหม้เชื้อเพลิง) ในการผลิตไฟฟ้า เพราะว่าเราสามารถควบคุมปริมาณ ความร้อนหรือเชื้อเพลิงได้ ท�ำให้การผลิตไฟฟ้ามีความต่อเนื่องและสม�่ำเสมอ ซึ่งเรา เรียกโรงไฟฟ้าประเภทนี้ว่า โรงไฟฟ้าพลังความร้อน (Thermal Power Plant)
พลังงานสามารถเปลี่ยนรูปได้ นอกจากพลังงานไฟฟ้าทีเ่ ราใช้กนั ประจ�ำก็มพี ลังงานในรูปแบบทีห่ ลากหลาย ซึ่งเราอาจจะเคยใช้เคยพบไม่มากก็น้อย ถ้าหากเราดูในรูปภาพประกอบก็จะเข้าใจ ว่าพลังงานที่เราใช้นั้นมาจากทางใดได้บ้าง และสามารถเปลี่ยนไปเป็นพลังงานใน รูปแบบอื่น เช่น พลังงานเคมีที่สะสมอยู่ในเชื้อเพลิง เมื่อถูกเผา ก็จะเปลี่ยนไปเป็น พลังงานความร้อน พลังงานความร้อนที่ได้เมื่อน�ำไปต้มน�้ำก็จะได้ไอน�้ำที่มีแรงดัน เปลี่ยนรูปเป็นพลังงานกล สามารถหมุนกังหันไอน�้ำของเครื่องก�ำเนิดไฟฟ้า ท�ำให้ ได้กระแสไฟฟ้า เมื่อเราน�ำพลังงานไฟฟ้าไปใช้ เราก็สามารถเปลี่ยนรูปพลังงาน ไฟฟ้าไปเป็นพลังงานแสงสว่าง พลังงานความร้อน (เตารีด หม้อหุงข้าวไฟฟ้า) และ พลังงานกล (พัดลม มอเตอร์ไฟฟ้า) น้องๆ จะเห็นว่า พลังงานต่างๆ รอบตัวเรานั้น ส่ วนใหญ่ แ ล้ วจะมีแหล่ง ก�ำเนิดมาจากดวงอาทิตย์แ ละสามารถจะเปลี่ยนรูปไป เป็นพลังงานรูปแบบอื่น ตามที่ได้อธิบายแล้ว แต่การเปลี่ยนรูปแต่ละครั้ง จะท�ำให้ เกิดการสูญเสียพลังงานส่วนหนึ่งไปเสมอ ท�ำให้ประสิทธิภาพของระบบลดลง
14
พลังงาน แสงอาทิตย
การเผา ไหมโดย หมอตม
พลังงาน ความรอน
กังหัน
พลังงานกล
เคร�่อง กำเนิด ไฟฟา
ประจ� ไฟฟา เคร�่องใช ไฟฟา
นิวเคลียร
แสงสวาง
แรงกล
ความรอน
แมเหล็ก ไฟฟา
กระแส ไฟฟา
แรงกล
รูปที่ 2 แผนผังแสดงความสัมพันธ์ของพลังงานรูปแบบต่าง ๆ
แผงโซลาเซลล
- ลม - ของแข็ง : ไม,ถานหิน - ความรอนใตพิภพ หินโคก,หินน้ำมัน,ขยะ - พลังงานแสงอาทิตย - น้ำ - น้ำข�้นน้ำลง - ของเหลว: น้ำมัน - กาซ: NGV, LPG, มีเทน - Nuclear
เคมี
กระบวน การทาง ช�วภาพ พลังงาน
เคร�่องยนต/เคร�่องจักร
ความรอน
ตอนที่ 1 : พลังงานและประเภทของโรงงานไฟฟ้า
พลังงานถ่านหิน
15
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
จะเห็นได้ว่ าในชีวิตประจ�ำวันของเรานั้นแทบจะขาดพลังงานไม่ได้เลย เริ่มตั้งแต่ตอนตื่นนอนจนถึงตอนหลับ ไม่ว่าเราจะท�ำกิจกรรมอะไรก็ตามล้วนแล้ว แต่ต้องการใช้พลังงานเข้ามาช่วยเพื่ออ�ำนวยความสะดวกสบาย สร้างสรรค์สิ่งใหม่ๆ ท�ำให้เรามีคุณภาพชีวิตที่ดีขึ้น เมื่อเราเข้าใจถึงความสัมพันธ์ของรูปแบบต่างๆ ของพลังงานและหลักการ ผลิตกระแสไฟฟ้าแล้ว เราจะไปดูกันว่า ไฟฟ้าที่เราใช้กันอยู่ทุกวันนั้น มีการผลิต อย่างไร มีโรงไฟฟ้ากี่ประเภทบ้าง
ประเภทของโรงไฟฟ้า โรงไฟฟ้าที่ผลิตไฟฟ้าให้เราได้ใช้กันอยู่ในปัจจุบันนี้ สามารถแบ่งออกเป็น ประเภทหลักๆ ได้ดังนี้ 1. โรงไฟฟ้าพลังน�้ำ (Hydro Power Plant) 2. โรงไฟฟ้าพลังลม (Wind Power Plant) 3. โรงไฟฟ้าพลังแสงอาทิตย์ (Solar Power Plant) 4. โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อน (Thermal Power Plant) ซึ่งสามารถ แบ่งย่อยตามเชื้อเพลิงที่ใช้ได้แก่ 4.1 โรงไฟฟ้าชีวมวล (ได้แก่ โรงไฟฟ้าที่ใช้แกลบ กะลาปาล์ม และ วัสดุที่เหลือใช้ทางการเกษตรมาเป็นเชื้อเพลิง) 4.2 โรงไฟฟ้าก๊าซและน�้ำมัน ได้แก่ โรงไฟฟ้าที่ใช้ก๊าซธรรมชาติและ น�้ำมันเตาหรือน�้ำมันดีเซล เป็นเชื้อเพลิงหลักในการผลิตพลังงาน ความร้อน 4.3 โรงไฟฟ้าถ่านหิน
16
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 1 : พลังงานและประเภทของโรงงานไฟฟ้า
4.4 โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ โดยใช้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ (สารกัมมันตรังสี) ในกระบวนการปฎิกิริยาทางนิวเคลียร์ (ไม่ใช่การเผาไหม้) ได้เป็น พลังงานความร้อนจ�ำนวนมหาศาลต่อหน่วยน�้ำหนักเชื้อเพลิง 4.5 โรงไฟฟ้ า พลั ง ความร้ อ นอื่ น ๆ เช่ น พลั ง ความร้ อ นใต้ พิ ภ พ (Geothermal Power Plant) 5. โรงไฟฟ้า ประเภทอื่น เช่น ที่ใช้พลังงานกลจากคลื่นในมหาสมุทร (Ocean Wave Power Plant) เป็นตัวขับกังหันไฟฟ้า เราลองมาท� ำ ความรู ้ จั ก กั บ โรงไฟฟ้ า แต่ ล ะประเภทกั น ว่ า มี ห ลั ก การ ท�ำงานอย่างไร
1. โรงไฟฟ้าพลังน�้ำ (Hydro Power Plant) กระแ
ประตูน้ำ
สไฟฟ
า
น้ำไหลเขา ตะแกรง เข�่อน
ทาง
อุปกรณปรับแรงดันไฟฟา
ไหล
ขอ
งน้ำ เคร�่องกำเนิดไฟฟา
ทอน้ำ
กังหัน ทางน้ำไหลออก
รูปที่ 3 โรงไฟฟ้าพลังน�้ำ (Hydro Power Plant)
17
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
หลักการท�ำงานของโรงไฟฟ้าประเภทนี้ คือใช้พลังงานจากการไหลของน�้ำ โดยธรรมชาติ น�้ ำ จะไหลจากที่ สู ง ลงสู ่ ที่ ซึ่ ง อยู ่ ต�่ ำ กว่ า ยิ่ ง ระดั บ แตกต่ า งกั น มาก (ความสูง) พลังงานศักย์ของน�้ำก็ยิ่งมีมากขึ้น เมื่อน�้ำที่ถูกเก็บกักไว้ในที่สูงไหลลง สู่ที่ต�่ำกว่า พลังงานศักย์ของน�้ำจะเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์ สามารถหมุนกังหัน เพือ่ ปัน่ ไฟในเครือ่ งก�ำเนิดไฟฟ้า ตามหลักการผลิตไฟฟ้าทีไ่ ด้อธิบายไว้แล้วก่อนหน้านี้
รูปที่ 4 เขื่อนภูมิพล จังหวัดตาก ผลิตกระแสไฟฟ้าได้ 560,000 kW
โรงไฟฟ้าพลังน�้ำที่เราพบได้อยู่ทั่วไปคือ โรงไฟฟ้าที่ได้จากเขื่อนกั้นน�้ำ เช่น โรงไฟฟ้าพลังน�้ำเขื่อนภูมิพล โรงไฟฟ้าพลังน�้ำเขื่อนสิริกิตติ์ เป็นต้น เราสามารถสรุป ข้อดี - ข้อเสียของโรงไฟฟ้าพลังน�้ำได้ดังตารางต่อไปนี้
18
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 1 : พลังงานและประเภทของโรงงานไฟฟ้า
ตารางเปรียบเทียบข้อดี - ข้อเสียของโรงไฟฟ้าพลังน�้ำ ข้อดี - ต้ น ทุ น ต�่ ำ เมื่ อ เปรี ย บเที ย บราคาต่ อ หน่วยการผลิตไฟฟ้า - เป็นพลังงานหมุนเวียนทีม่ ใี ช้ได้ไม่หมด - เป็นพลังงานทีส่ ะอาด ไม่สร้างมลภาวะ - ผลิตไฟฟ้าได้ต่อเนื่องตลอดเวลา ถ้ามี ปริมาณน�้ำเหนือเขื่อนที่เก็บไว้ในอ่าง เก็บน�้ำอย่างเพียงพอ
ข้อเสีย - ใช้เงินลงทุนสูงในการสร้างเขื่อนและ ต้องอพยพสิ่งมีชีวิตที่น�้ำท่วมถึง - ท�ำลายระบบนิเวศโดยรอบเขื่อน - มีความมั่นคงทางด้านพลังงานระดับ ปานกลาง คือ เมือ่ เกิดฝนแล้ง และเมือ่ น�้ ำ ท่ ว มบริ เวณพื้ น ที่ ใ ต้ เขื่ อ น จะไม่ สามารถปล่อยน�้ำเพื่อผลิตไฟฟ้าได้ - มี ค วามเสี่ ย งจากภั ย ธรรมชาติ เช่ น แผ่นดินไหว เขื่อนอาจแตกท�ำให้เกิด ความเสียหายอย่างรุนแรง
รูปที่ 5 เขื่อนสิริกิติ์ จังหวัดอุตรดิตถ์ ผลิตไฟฟ้าได้ 500,000 kW
19
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
2. โรงไฟฟ้าพลังงานลม (Wind Power Plant)
โรงไฟฟ้าประเภทนี้ ใช้หลักการท�ำงานของพลังงานกลที่ได้จากกระแส ลมพัดแทนที่จะเป็นพลังงานกลจากการไหลของน�้ำในการหมุนกังหันเพื่อปั่นไฟฟ้า โดยหลักการคือเมื่อมีลมพัดมาปะทะจนท�ำให้กังหันหมุน กังหันที่หมุนด้วยความเร็ว รอบต�่ำจะไปผ่านชุดเฟืองเกียร์ซึ่งจะเปลี่ยนให้รอบการหมุนสูงขึ้นถึงประมาณ 1,800 รอบต่อนาที ท�ำให้เครื่องก�ำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงที่อยู่ติดกับส่วนของกังหันผลิต และท�ำการจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงผ่านเครื่องควบคุมไฟฟ้ากระแสตรงซึ่งติดตั้งอยู่ที่ ด้านล่างเพื่อสะสมพลังงาน โดยการอัดประจุไฟฟ้าให้แก่แบตเตอรี่แล้วจึงเปลี่ยนเป็น พลังงานไฟฟ้ากระแสสลับอีกทอดหนึ่ง ข้อส�ำคัญของโรงไฟฟ้าประเภทนี้คือ ต้องตั้ง อยู่ในพื้นที่ที่มีกระแสลมพัดค่อนข้างแรงและสม�่ำเสมอ ปกติความเร็วลมที่สามารถ ผลิตกระแสไฟฟ้าได้ต้องไม่ต�่ำกว่า 6-8 เมตรต่อวินาที และไม่เกิน 25 เมตรต่อวินาที (เพราะอาจท�ำให้กังหันลมเกิดความเสียหายได้)
20
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 1 : พลังงานและประเภทของโรงงานไฟฟ้า อุปกรณ ปรับองศา ในพัดลม
เพลารอบต่ำ เพลาหมุน
ชุดเกียร เคร�่องกำเนิดไฟฟา
ทิศทางลม
ชุดควบคุม
ชุด หามลอ
อุปกรณ วัดความเร็วลม
ชุดปรับ ทิศทาง กังหันลม ทิศทางลม มอเตอรควบคุม ใบพัด
เพลารอบสูง
หองบรรจ�อุปกรณ
หอคอย
รูปที่ 6 ภาพแสดงส่วนประกอบภายในของกังหันลม กังหันลมที่ใช้ผลิตไฟฟ้าในปัจจุบันมีขนาดตั้งแต่ 0.25 – 3.0 MW ต่อกังหัน หนึ่งชุด ซึ่งขนาดที่นิยมติดตั้งจะเป็นขนาด 1.5 MW ซึ่งจะมีความสูงจากฐานถึง แกนใบพัดประมาณ 80 เมตร
21
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
ปั จ จุ บั น มี โ ครงการสาธิ ต การผลิ ต ไฟฟ้ า โดยใช้ กั ง หั น ลมของกรมพั ฒ นา พลั ง งานทดแทนและอนุ รั ก ษ์ พ ลั ง งานที่ จั ง หวั ด นครศรี ธ รรมราช ซึ่ ง สร้ า งเสร็ จ เมื่อปีพ.ศ. 2552 ซึ่งอยู่ในระหว่างการทดลองเดินเครื่อง กับโครงการสาธิตของ การไฟฟ้ า ฝ่ า ยผลิ ต แห่ ง ประเทศไทยที่ อ� ำ เภอล� ำ ตะคอง จั ง หวั ด นครราชสี ม า ซึ่งก่อสร้างเสร็จในเวลาใกล้เคียงกันกับของกระทรวงพลังงาน ล่าสุดมีโครงการ โรงไฟฟ้าพลังงานลมของบริษัท ผลิตไฟฟ้าราชบุรีโฮลดิ้ง ที่ จ.เพชรบูรณ์ ขนาด ไม่ต�่ำกว่า 100 MW ซึ่งอยู่ในระหว่างการก่อสร้าง พลังงานลมถือเป็นพลังงาน หมุนเวียนที่มีใช้ได้ไม่มีวันหมด เราสามารถสรุปข้อดี-ข้อเสียของโรงไฟฟ้าประเภทนี้ ได้ดังตารางข้างล่างนี้
ตารางเปรียบเทียบข้อดี-ข้อเสียของโรงไฟฟ้าพลังงานลม ข้อดี • ไม่มีต้นทุนด้านเชื้อเพลิง ซึ่งราคาอาจ ผันผวน • เป็นพลังงานทีส่ ะอาด ไม่สร้างมลภาวะ • ใช้เวลาก่อสร้างและติดตั้งได้เร็ว • ค่าใช้จ่ายในการบ�ำรุงรักษาต�่ำ
22
ข้อเสีย • ใช้ เ งิ น ลงทุ น ต่ อ หน่ ว ยก� ำ ลั ง ผลิ ต สู ง ท�ำให้ค่าไฟที่ผลิตได้ยังแพงอยู่ • ใช้พนื้ ทีม่ าก ก�ำลังการผลิตต่อเครือ่ งต�ำ่ ประสิทธิภาพต�่ำ • ไม่ ส ามารถผลิ ต ไฟฟ้ า ได้ ส ม�่ ำ เสมอ ตลอดเวลา ขึ้นอยู่กับลมที่พัดมา • อาจเกิดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมได้ เช่น เสียงดังรบกวนทิศทางบินของนก หรือท�ำให้ภูมิทัศน์ดูไม่สวยงาม
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 1 : พลังงานและประเภทของโรงงานไฟฟ้า
3. โรงไฟฟ้าพลังแสงอาทิตย์ (Solar Power Plant) คลื่นแสงอาทิตย
แผงรับ แสงอาทิตย
อุปกรณแปลง กระแสไฟฟา ไฟฟากระแสสลับ
กระแสไฟฟา
อุปกรณควบคุม ประจ�ไฟฟา
และ/หร�อ
ระบบเก็บไฟ (แบตเตอร�่) ไฟฟากระแสตรง
รูปที่ 7 หลักการท�ำงานของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ โรงไฟฟ้าประเภทนี้ใช้แผงรับแสงอาทิตย์ (Solar Cells) เพื่อรวบรวม ความร้อนแล้วเปลี่ยนเป็นกระแสไฟฟ้าส่งผ่านไปเก็บไว้ที่แบตเตอรี่และส่งผ่านไป ยังอุปกรณ์เปลี่ยนกระแสไฟฟ้ากระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ ใช้หลักการผลิต ไฟฟ้าด้วยปฏิกิริยาทางเคมีที่เรียกว่า Photo-voltaic ซึ่งต่างจากหลักการผลิตไฟฟ้า โดยการหมุนขดลวดในสนามแม่เหล็ก เป็นการผลิตไฟฟ้าโดยไม่ต้องใช้เชื้อเพลิง เพราะใช้เพียงพลังงานจากแสงอาทิตย์ที่มีอยู่ในธรรมชาติ จัดเป็นพลังงานหมุนเวียน ชนิดหนึ่ง
23
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
เซลล์แสงอาทิตย์ เป็นสิ่งประดิษฐ์ที่สร้างขึ้นเพื่อเป็นอุปกรณ์ ส�ำหรับการ เปลี่ยนพลังงานแสงให้เป็นพลังงานไฟฟ้า โดยการน�ำสารกึ่งตัวน�ำจ�ำพวกทราย เช่น ซิลิคอน (Silicon) ซึ่งเป็นสารที่มีราคาถูกที่สุดและมีมากบนพื้นโลก น�ำมาผ่าน กระบวนการทางวิทยาศาสตร์ที่ซับซ้อน ผลิตให้เป็นแผ่นบางบริสุทธิ์ หรือที่เรียกกัน ว่า Thin Film (แผ่นฟิล์มบาง) ในทันทีที่มีแสงตกกระทบบนแผ่นเซลล์ซึ่งจะมีอยู่สองชั้นนั้น รังสีของแสง ทีม่ อี นุภาคของพลังงานประกอบทีเ่ รียกว่าโปรตอน (Proton) จะถ่ายเทพลังงานให้กบั อิเล็คตรอน (Electron) ในสารกึ่งตัวน�ำที่อยู่ส่วนล่างของเซลล์ ซึ่งแสดงด้วยวงแหวน ในรู ป จนมี พ ลั ง งานมากพอที่ จ ะกระโดดลอยออกมาจากแรงดึ ง ดู ด ของอะตอม และสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ ดังนั้นเมื่ออิเล็คตรอนมีการเคลื่อนที่ จะท�ำให้ ระบบไฟฟ้าเกิดการครบวงจร ท�ำให้เกิดไฟฟ้ากระแสตรง (DC) ขึ้น เรามีทางเลือกสองทางหลัก ของการใช้ไฟฟ้าที่ผลิตได้นี้ ทางเลือกแรกคือ ระบบ Stand-alone (แบบแยกเป็นอิสระ) กล่าวคือจะมีการเก็บไฟฟ้ากระแสตรง ที่ผลิตได้จากแสงอาทิตย์ในเวลากลางวัน เพื่อไปใช้ในเวลากลางคืน โดยการน�ำไป เพิ่มประจุของชุดแบตเตอรี่ (เก็บไฟที่ผลิตได้ไว้ในแบตเตอรี่) หลังจากนั้น จึงจะ น�ำไฟฟ้าไปใช้งานตามต้องการ โดยอาจน�ำไฟฟ้าที่เก็บไปใช้ในลักษณะกระแสตรง เหมือนเดิม หรืออาจจะแปลงให้เป็นไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) โดยติดอุปกรณ์เพิ่ม ก่อนจะน�ำไปใช้งานก็ได้ ระบบเช่นนี้ พบมากในบริเวณพื้นที่ชนบท เขตอุทยาน แห่งชาติ (ตะรุเตา ห้วยขาแข้ง และภูกระดึง) หรือในพื้นที่ที่ระบบสายส่งไฟฟ้าหลัก ไปไม่ถึง ทางเลือกที่สองคือระบบ Utility Grid (ระบบสายส่งไฟฟ้า) โดยจะน�ำ ไฟฟ้ากระแสตรงที่ผลิตได้จากเซลล์แสงอาทิตย์มาแปลงให้เป็นกระแสสลับ และ จ�ำหน่ายเข้าสูร่ ะบบสายส่งไฟฟ้าของการไฟฟ้าโดยทันที ระบบนีจ้ ะไม่มกี ารเก็บไฟฟ้า ในแบตเตอรี่แต่อย่างใด
24
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 1 : พลังงานและประเภทของโรงงานไฟฟ้า
เนื่ อ งจากการผลิ ต กระแสไฟฟ้ า โดยวิ ธี นี้ เ กิ ด ขึ้ น ในช่ ว งที่ มี แ สงอาทิ ต ย์ หรือเวลากลางวัน หากต้องการเก็บพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้ไว้ใช้ในตอนกลางคืน เมื่อไม่มีแสงแดด เราจ�ำเป็นต้องใช้แบตเตอรี่เพื่อส�ำรองไฟฟ้า ปัจจุบันได้มีการพัฒนา พลังงานแสงอาทิตย์อย่างต่อเนื่องเพื่อลดต้นทุนอุปกรณ์และเพิ่มประสิทธิภาพ การผลิตไฟฟ้า
รูปที่ 8 โรงไฟฟ้าเซลล์แสงอาทิตย์เขื่อนสิรินธร จ.อุบลราชธานี ขนาดก�ำลังการผลิต 1,1012 kW
25
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
การไฟฟ้ า ฝ่ า ยผลิ ต แห่ ง ประเทศไทยได้ ท ดลองติ ด ตั้ ง โรงไฟฟ้ า พลั ง แสง อาทิตย์แห่งแรกในประเทศ ซึ่งมีก�ำลังการผลิต 500 kW ในเนื้อที่ 20 ไร่ ที่ อ.ผาบ่อง จ.แม่ฮ่องสอน เมื่อปี พ.ศ. 2548 และได้ติดตั้งโรงไฟฟ้าพลังแสงอาทิตย์แห่งที่สอง ซึ่งมีก�ำลังการผลิต 1,012 kW ในเนื้อที่ 25 ไร่ ที่เขื่อนสิรินธร จ.อุบลราชธานี เมื่อปี พ.ศ. 2550 จะเห็นว่าโรงไฟฟ้าพลังแสงอาทิตย์ที่เขื่อนสิรินธรใช้พื้นที่ติดตั้ง น้อยลงกว่าโรงไฟฟ้าพลังแสงอาทิตย์ที่ จ.แม่ฮ่องสอน เนื่องจากการพัฒนาของ เทคโนโลยี ปัจจุบันได้มีบริษัทเอกชนหลายรายก�ำลังก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังแสง อาทิตย์ในเชิงพาณิชย์ เช่น โครงการโรงไฟฟ้าพลังแสงอาทิตย์ขนาด 38 MW ของ บริษัท บางจากปิโตรเลียม จ�ำกัด ที่ จ. พระนครศรีอยุธยา และโครงการโรงไฟฟ้าพลัง แสงอาทิตย์ขนาด 73 MW ของบริษัท พัฒนาพลังงานธรรมชาติ จ�ำกัด ที่ จ.ลพบุรี เราสามารถสรุปข้อดี - ข้อเสียของโรงไฟฟ้าพลังแสงอาทิตย์ได้ดังตารางต่อไปนี้
ตารางเปรียบเทียบข้อดี-ข้อเสียของโรงไฟฟ้าพลังแสงอาทิตย์ ข้อดี • เป็นพลังงานสะอาดไม่สร้าง มลภาวะ • เหมาะส�ำหรับพื้นที่ห่างไกล จากระบบสายส่งไฟฟ้า • ก่อสร้างได้ง่ายและรวดเร็ว • การดูแลรักษาไม่ยุ่งยาก
26
ข้อเสีย • ผลิตไฟฟ้าได้เฉพาะช่วงที่มีแดดจัด (ช่วงกลางคืนและฝนตกไม่สามารถผลิตได้) • ใช้ เ งิ น ลงทุ น ต่ อ หน่ ว ยสู ง แต่ ป ระสิ ท ธิ ภ าพ ได้การผลิตไฟฟ้าต�่ำ • ใช้พื้นที่มากในการติดตั้งแผงรับความร้อน • ความมั่นคงทางด้านพลังงานต�่ำ • หากต้องการใช้ไฟฟ้าในตอนกลางคืน ต้องใช้ แบตเตอรี่ ซึ่งมีอายุการใช้งานสั้นและเป็นขยะ ที่ย่อยสลายยาก • เมื่อเวลาที่มีความเข้มแสงมากเป็นผลเสียต่อ ทิศทางการบินของเครือ่ งบิน และนกบนอากาศ เนื่องจากแสงสะท้อนจากแผงโซล่า
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 1 : พลังงานและประเภทของโรงงานไฟฟ้า
โรงไฟฟ้าที่ใช้พลังงานจากน�้ำ ลม และแสงอาทิตย์ทั้ง 3 ประเภทดังกล่าว ข้างต้น จัดเป็นพลังงานหมุนเวียนหลักที่นิยมใช้ในการผลิตไฟฟ้าขนาดเล็ก (ต�่ำกว่า 30 MW เป็นส่วนใหญ่) เหมาะส�ำหรับพื้นที่ที่ห่างไกลจากระบบสายส่งไฟฟ้าก�ำลังสูง ของการไฟฟ้าภูมภิ าค สามารถผลิตไฟฟ้าเพือ่ ตอบสนองต่อความต้องการใช้ไฟฟ้าของ ชุมชนในพื้นที่ได้อย่างเหมาะสม อย่างไรก็ตาม ส�ำหรับความต้องการใช้ไฟฟ้าขนาด ใหญ่ของภาคอุตสาหกรรม ภาคการพาณิชย์และชุมชนเมือง เรายังจ�ำเป็นต้องพึ่งพา โรงไฟฟ้าพลังความร้อนซึง่ เป็นโรงไฟฟ้าหลักขนาดใหญ่ สามารถผลิตไฟฟ้าได้คราวละ มากๆ อย่างต่อเนื่อง ซึ่งเราจะได้กล่าวถึงในหัวข้อต่อไป
4. โรงไฟฟ้าพลังความร้อน (Thermal Power Plant) หลักการท�ำงานของโรงไฟฟ้าประเภทนี้คือ การผลิตความร้อนจ�ำนวนมาก โดยการเผาเชื้อเพลิงหรือโดยวิธีอื่น เช่น ปฏิกิริยานิวเคลียร์ เพื่อน�ำมาต้มน�้ำใน หม้อไอน�้ำให้เดือด เราสามารถเพิ่มพลังงานของไอน�้ำในระบบได้โดยการเพิ่มแรงดัน ซึง่ จะท�ำให้ได้ไอน�ำ้ ทีม่ แี รงดันและอุณหภูมสิ งู สามารถหมุนกังหันไอน�ำ้ ซึง่ เชือ่ มต่อกับ เครื่องก�ำเนิดไฟฟ้า ท�ำให้ได้พลังงานไฟฟ้า (ดูรูปที่ 9 ประกอบ)
27
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
เคร�่องกำเนิดไฟฟา
กังหัน
พลังงานจลน (การหมุน) พลังงานไฟฟา
ไอน้ำยิ่งยวด
หมอไอน้ำ เคร�่องควบแนน น้ำ
พลังงานเคมีแปลงเปน พลังงานความรอน
เสาไฟฟาแรงสูง
รูปที่ 9 หลักการท�ำงานของโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อน
28
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 1 : พลังงานและประเภทของโรงงานไฟฟ้า
เราสามารถแบ่งโรงไฟฟ้าพลังความร้อนตามชนิดเชื้อเพลิงที่ใช้ดังนี้ 4.1 โรงไฟฟ้าชีวมวล ซึ่งใช้วัสดุเหลือใช้ทางการเกษตรเป็นเชื้อเพลิง ได้แก่ แกลบ ซังข้าวโพด กะลาปาล์ม เปลือกไม้ ฯลฯ
โรงไฟฟ้าชีวมวล โรงไฟฟ้าประเภทนี้ส่วนมากมีขนาดเล็กจนถึงขนาดกลาง คือตั้งแต่ 1-100 MW เหมาะส�ำหรับพืน้ ทีท่ มี่ วี สั ดุเหลือใช้ทางการเกษตรจ�ำนวนมาก ประเด็นพิจารณา ที่ส�ำคัญคือ วัสดุเหลือใช้เหล่านี้ต้องมีปริมาณสม�่ำเสมอตลอดปี และแหล่งวัตถุดิบ จะต้องอยู่ไม่ไกลจากโรงไฟฟ้ามากนัก (ไม่เกินรัศมี 50 กิโลเมตร) มิฉะนั้น ต้นทุน ค่าขนส่งจะสูงมากจนท�ำให้อาจไม่คุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์
29
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
4.2 โรงไฟฟ้าที่ใช้น�้ำมันหรือก๊าซ (ปิโตรเลียม) เป็นเชื้อเพลิง
โรงไฟฟ้าบางปะกง (ใช้ก๊าซธรรมชาติในการผลิตไฟฟ้า) โรงไฟฟ้าประเภทนี้เกิดขึ้นมากในช่วงกลางศตวรรษ 20 ที่ผ่านมา เพราะ การขนส่งและส�ำรองเก็บน�้ำมันท�ำได้ง่ายและสะดวกกว่าเชื้อเพลิงแข็ง และการเริ่ม เดินเครื่องก็ท�ำได้รวดเร็วกว่าโรงไฟฟ้าพลังความร้อนแบบอื่น เหมาะส�ำหรับการ ผลิตไฟฟ้าเพื่อสนองความต้องการใช้ไฟฟ้าสูงสุดในช่วงเวลาสั้นๆ (Peak Power Demand) ซึ่งราคาน�้ำมันและเชื้อเพลิงปิโตรเลียมในขณะนั้นยังถูกกว่าปัจจุบันมาก แต่เนื่องจากราคาปิโตรเลียมในปัจจุบันได้ปรับสูงขึ้นจากระดับเดิมหลายเท่าตัว ท�ำให้การก่อสร้างโรงไฟฟ้าประเภทนี้ได้รับความนิยมลดลง
30
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 1 : พลังงานและประเภทของโรงงานไฟฟ้า
4.3 โรงไฟฟ้าที่ใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิง
โรงไฟฟ้าถ่านหิน Isogo ที่ประเทศญี่ปุ่น เนื่องจากถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงแข็งและมีค่าความร้อนต�่ำกว่าน�้ำมันหรือ ก๊าซธรรมชาติ ท�ำให้การขนส่งและส�ำรองเก็บถ่านหินยุ่งยากกว่าน�้ำมัน และถ่านหิน ไม่สามารถน�ำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงได้โดยตรงในภาคขนส่งเช่นเดียวกับน�้ำมัน เช่น ใช้เติมในรถยนต์รถบรรทุก รถไฟ เครื่องบิน และเรือยนต์ ดังนั้น ถ่านหินจึงเหมาะ ส�ำหรับใช้เป็นเชื้อเพลิงเพื่อผลิตไฟฟ้ ามากกว่าน�้ำมันหรือก๊าซธรรมชาติ ปัจจุบัน สัดส่วนการผลิตไฟฟ้าด้วยถ่านหินของทุกประเทศทั่วโลกเฉลี่ยอยู่ที่ร้อยละ 40 ซึ่งสูงกว่าเชื้อเพลิงหรือพลังงานรูปแบบอื่นที่ใช้ผลิตไฟฟ้า เนื่องจากมีราคาถูกกว่า (เมื่อเทียบที่ค่าความร้อนเท่ากัน) น�้ำมันและก๊าซธรรมชาติ มีความผันผวนน้อยกว่า
31
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
มีปริมาณส�ำรองเหลืออยู่กว่า 4 เท่าของปริมาณส�ำรองน�้ำมัน และสามารถจัดหาได้ ง่ายและแน่นอนกว่าเชื้อเพลิงปิโตรเลียม แต่การเผาไหม้ถ่านหินอาจก่อให้เกิดปัญหา ด้านสิ่งแวดล้อมได้หากละเลยที่จะควบคุมและจัดการโดยใช้เทคโนโลยีที่เหมาะสม 4.4 โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ โรงไฟฟ้าประเภทนี้ใช้หลักการผลิตพลังงานความร้อนคล้ายกับโรงไฟฟ้า ความร้อนประเภทอื่นที่ได้กล่าวมาแล้ว แต่แทนที่จะใช้ความร้อนซึ่งได้จากการ เผาไหม้เชื้อเพลิงชีวมวลหรือเชื้อเพลิงฟอสซิล โรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะใช้ความร้อน ซึ่งเกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบลูกโซ่ (Nuclear Chain Reaction) ของเชื้อเพลิง เฉพาะซึ่งเป็นสารกัมมันตรังสี เช่น ยูเรเนียม-235 และพลูโตเนียม-239 และปฏิกิริยา นิวเคลียร์ที่เกิดเป็นแบบฟิชชั่น (Fission) ซึ่งเป็นปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบช้า สามารถ ควบคุมได้
32
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 1 : พลังงานและประเภทของโรงงานไฟฟ้า
เตาปฏิกรณ น้ำภายใตแรงดัน ไอน้ำ
น้ำ เคร�่องกำเนิดไฟฟา แทงเช�้อเพลิงนิวเคลียร
รูปที่ 10 หลักการท�ำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ปัจจุบันทั่วโลกเริ่มหันมาสนใจเทคโนโลยีการผลิตไฟฟ้าโดยใช้พลังงาน นิวเคลียร์มากขึ้น เนื่องจากมองว่า ไม่สร้างมลภาวะด้านอากาศและน�้ำเหมือนกับการ เผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล (น�้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ และถ่านหิน) อีกทั้งการผลิตพลังงาน ความร้อนโดยกระบวนการทางนิวเคลียร์ไม่ก่อให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกชนิดหนึ่งที่เชื่อกันว่าเป็นสาเหตุของปัญหาสภาวะโลกร้อน และการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ถึงแม้ว่าเทคโนโลยีผลิตไฟฟ้าด้วยนิวเคลียร์ ได้พัฒนาไปมากจนถึงรุ่นที่ 3 ซึ่งได้คิดหาวิธีป้องกันและแก้ไขปัญหาที่อาจเกิดขึ้น จากการรั่ ว ไหลของกั ม มั น ตรั ง สี ทั้ ง จากภั ย ธรรมชาติ แ ละภั ย จากสงครามและ การก่อการร้าย แต่ประชาชนจ�ำนวนไม่น้อยก็ยังคงกังวลกับเรื่องความปลอดภัยของ โรงไฟฟ้าประเภทนี้
33
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
4.5 โรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพ (Geothermal Power Plant) กังหัน
เคร�่องกำเนิดไฟฟา
เคร�่องควบแนน ไอน้ำ น้ำที่เย็นลงแลว บอผลิตไอน้ำ
บอปลอยน้ำ
รูปที่ 11 หลักการท�ำงานของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพ โรงไฟฟ้ า ประเภทนี้ ไ ม่ ใช้ พ ลั ง งานความร้ อ นจากการเผาไหม้ เชิ้ อ เพลิ ง เช่นเดียวกับโรงไฟฟ้าความร้อนที่กล่าวมาข้างต้น แต่ใช้พลังงานความร้อนที่อยู่ใต้ พื้นผิวโลกมาให้ความร้อนกับน�้ำโดยตรง ซึ่งพื้นที่จะก่อสร้างโรงไฟฟ้าประเภทนี้ ได้ต้องเป็นพื้นที่ที่มีความร้อนใต้พื้นดินที่สามารถน�ำขึ้นมาใช้ได้ทางเศรษฐศาสตร์ เช่น บริเวณที่มีน�้ำพุร้อน เป็นต้น
34
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 1 : พลังงานและประเภทของโรงงานไฟฟ้า
5. โรงไฟฟ้ า ประเภทอื่ น เช่ น โรงไฟฟ้ า ที่ ใ ช้ พ ลั ง งานกลจากคลื่ น ในมหาสมุทร (Ocean-wave Power Plant) พลังงานไฟฟา สูผู ใชไฟ
เทคโนโลยี CETO น้ำจ�ด
ไฟฟาที่ผลิตได
น้ำทะเลไหลกลับ น้ำทะเลภายใต แรงดัน
อุปกรณผลิตไฟฟา จากทุนใตสมุทร
ระดับความลึก 15 - 50 ม.
รูปที่ 12 หลักการท�ำงานของโรงไฟฟ้าพลังคลื่นใต้สมุทร โรงไฟฟ้าประเภทนี้อาศัยพลังงานกลจากคลื่นในทะเลและมหาสมุทรมา ขับเคลื่อนกังหันเพื่อปั่นไฟฟ้าโดยตรง จึงไม่มีการปล่อยก๊าซเสียจากการเผาไหม้ เชื้อเพลิง ข้อดีของโรงไฟฟ้าประเภทนี้คือ ไม่มีต้นทุนที่เกี่ยวข้องกับเชื้อเพลิง แต่ก็ อาจเป็นปัญหาในการติดตั้งทุ่นรับพลังงานคลื่นจ�ำนวนมากบนพื้นใต้ทะเล ซึ่งอาจมี ผลกระทบต่อระบบนิเวศของทะเลได้ ปัจจุบันยังอยู่ในขั้นตอนการวิจัยและพัฒนา น้องๆ คงจะเข้าใจแล้วว่าโรงไฟฟ้ามีทั้งหมดกี่ประเภท มีอะไรบ้าง และ โรงไฟฟ้าประเภทใดบ้างที่สามารถผลิตไฟฟ้าให้เราได้คราวละมากๆ หรือโรงไฟฟ้า ประเภทใดที่ยังอยู่ในขั้นตอนของการวิจัยและพัฒนา ถึงแม้ว่าโรงไฟฟ้าที่มาจาก พลังงานหมุนเวียนประเภทที่ไม่ต้องใช้เชื้อเพลิงเลย เช่น โรงไฟฟ้าแสงอาทิตย์และ โรงไฟฟ้าพลังลมจะมีข้อได้เปรียบเรื่องไม่มีต้นทุนด้านเชื้อเพลิงและส่งผลกระทบ ต่ อ สิ่ ง แวดล้ อ มน้ อ ยกว่ า โรงไฟฟ้ า พลั ง ความร้ อ นก็ ต าม แต่ ก็ มี ข ้ อ จ� ำ กั ด ที่ ท� ำ ให้
35
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
ไม่สามารถผลิตไฟฟ้าได้อย่างต่อเนื่อง เช่น เมื่อไม่มีแสงแดด หรือเมื่อลมไม่พัด เพราะฉะนั้นโรงไฟฟ้าประเภทนี้จึงไม่สามารถจัดเป็นโรงไฟฟ้าหลักได้ในการวางแผน การผลิตและใช้ไฟฟ้าของประเทศ แต่ก็เหมาะกับลักษณะเฉพาะบางพื้นที่ เช่น ในพืน้ ทีท่ รี่ ะบบสายส่งไฟฟ้าส่วนกลางยังไปไม่ถงึ โรงไฟฟ้าประเภทนีส้ ามารถก่อสร้าง และติดตั้งเพื่อผลิตไฟฟ้าให้กับชุมชนในพื้นที่ได้ง่ายและสะดวกกว่า
สถานการณ์พลังงานของประเทศไทยในปัจจุบัน หากพิจารณาย้อนหลังไปประมาณ 10 ปี ประเทศไทยได้มีการพัฒนา เศรษฐกิจและสังคมอย่างมากมาย ผลผลิตมวลรวมของประเทศ (Gross Domestic Product หรือ GDP) ได้เพิ่มขึ้นจาก 4,637 พันล้านบาทในปี พ.ศ. 2542 มาเป็น 9,050 พันล้านบาท ในปี พ.ศ. 2552 หรือเท่ากับอัตราการเติบโตเฉลี่ยที่ร้อยละ 6.9 ต่อปี ความต้องการหรือปริมาณการใช้พลังงานโดยรวมของประเทศได้เพิ่มขึ้น เฉลี่ยร้อยละ 3 - 4 ต่อปี ในขณะที่ความต้องการใช้พลังงานไฟฟ้าได้เพิ่มขึ้นเฉลี่ย ร้อยละ 4.0 – 4.5 ต่อปี ตามการพัฒนาทางเศรษฐกิจ อื่นๆ 2.1%
น้ำ 16.1%
กาซ 19.6% นิวเคลียร 15.7%
น้ำมัน 6.7%
ถานหิน 39.8%
รูปที่ 13 สัดส่วนเชื้อเพลิงที่ใช้ในการผลิตไฟฟ้าของโลก ที่มา: World Coal Institute, Coal Fact, 2006
36
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 1 : พลังงานและประเภทของโรงงานไฟฟ้า น้ำ 6.5% ถานหิน 17.3%
กาซ 69.1%
น้ำมัน 6.8%
รูปที่ 14 สัดส่วนเชื้อเพลิงที่ใช้ ในการผลิตไฟฟ้าของไทย ที่มา: กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน, 2006 น้ำมัน 0% ถานหิน 21%
น้ำ 5%
นำเขาและอื่น 3%
กาซธรรมชาติ 71%
รูปที่ 15 การผลิตไฟฟ้าจ�ำแนกตามชนิดเชื้อเพลิง (ปี พ.ศ. 2552) ที่มา: ส�ำนักนโยบายและแผนพลังงาน
37
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
รู ป ที่ 15 แสดงสั ด ส่ ว นการผลิ ต ไฟฟ้ า ของประเทศในปี พ.ศ.2552 จะเห็ น ได้ ว ่ า การผลิ ต ไฟฟ้ า ของประเทศโดยใช้ ก ๊ า ซธรรมชาติ เ ป็ น เชื้ อ เพลิ ง นั้ น มีสัดส่วนสูงมากถึงเกือบร้อยละ 70 ของระบบทั้งหมด ซึ่งสูงกว่าค่าเฉลี่ยของโลก ที่ระดับร้อยละ 20 มากกว่าถึง 3 เท่า จัดว่าเป็นสถานการณ์ที่ไม่สมดุลและไม่มั่นคง เพราะหากเกิดข้อขัดข้องในระบบจัดหาและขนส่งก๊าซธรรมชาติ ไม่ว่าจะเกิดจาก สาเหตุใดก็ตาม อาจเกิดปัญหาไฟฟ้าดับในวงกว้าง (Blackout) ได้ ส่งผลกระทบ ต่อเศรษฐกิจของประเทศ และจากตารางที่ 1 ที่แสดงต้นทุนการผลิตไฟฟ้า จะเห็นว่า ต้นทุนการผลิต ไฟฟ้าโดยใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงนั้น มีค่าต�่ำ ด้วยเหตุนี้ ประเทศต่างๆ ทั่วโลก (ซึ่งรวมถึงประเทศในซีกโลกตะวันตกอย่าง ประเทศสหรัฐอเมริกา และประเทศ เยอรมนี) จึงนิยมใช้ถ่านหินผลิตไฟฟ้าในสัดส่วนเฉลี่ยถึงร้อยละ 40 ในขณะที่ ของไทยเราอยู่ที่ร้อยละ 20 ท�ำให้ต้นทุนค่าไฟฟ้าหรือพลังงานของเราสูงกว่าประเทศ เพือ่ นบ้านซึง่ เป็นคูแ่ ข่งทางการค้าทีส่ ำ� คัญ อย่างประเทศมาเลเซีย ประเทศอินโดนีเซีย และประเทศเวียดนาม
38
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 1 : พลังงานและประเภทของโรงงานไฟฟ้า
ราคาต้นทุนการผลิต (PDP 2010 : 2553 - 2573)
ประเภทโรงไฟฟ้า
ราคาปี 2563 ต้นทุน (บาท/หน่วย)
โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์
2.79
โรงไฟฟ้าถ่านหิน
2.94
โรงไฟฟ้าพลังความร้อนร่วม (แหล่ง Gas เดิม)
3.96
โรงไฟฟ้าพลังความร้อนร่วม (แหล่ง Gas ใหม่)
4.34
โรงไฟฟ้ากังหันก๊าซ - น�้ำมันดีเซล
13.65
โรงไฟฟ้าเซลแสงอาทิตย์
15 - 20
โรงไฟฟ้าพลังงานลม
5-6
โรงไฟฟ้าขยะ
4.63
โรงไฟฟ้าชีวมวล
2.63
โรงไฟฟ้าพลังน�้ำขนาดเล็ก
1.5 - 4.2
ตารางที่ 1 ต้นทุนการผลิตไฟฟ้าตามชนิดของเชื้อเพลิง
39
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
กรอบพิจารณากลยุทธ์ด้านพลังงาน
Economic (ศรษฐศาสตร)
Engineering/ Technology (ความพรอม ของเทคโนโลยี)
Environment (สิ่งแวดลอม)
Energy Security (ความมั่นคงทาง ดานพลังงาน)
รูปที่ 16 กรอบพิจารณากลยุทธ์ด้านพลังงาน การจะก�ำหนดนโยบายด้านพลังงานของประเทศนัน้ เราจ�ำเป็นต้องพิจารณา ประเด็นต่างๆ อย่างรอบด้าน ได้แก่ 1. ประเด็นด้านเศรษฐศาสตร์ (Economic) หมายถึงพลังงานที่เราเลือก ใช้นั้น ควรมีราคาไม่แพงจนเกินไป ประชาชนทุกคนสามารถหาซื้อได้ และที่ส�ำคัญ คือไม่ท�ำให้ต้นทุนสินค้าซึ่งประกอบด้วยต้นทุนพลังงานด้วยส่วนหนึ่งสูงกว่าประเทศ คู่แข่งขัน จนกระทบกับภาคการส่งออก
40
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 1 : พลังงานและประเภทของโรงงานไฟฟ้า
2. ประเด็นด้านความปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อมและสังคม (Environment) คือจะต้องไม่ท�ำให้เกิดผลกระทบที่รุนแรง ไม่สามารถแก้ไขหรือป้องกันได้ ต่อสภาพ แวดล้อม ระบบนิเวศ และวิถีชีวิตของชุมชนซึ่งอยู่ในพื้นที่ที่อาจได้รับผลกระทบ 3. ประเด็ น ด้ า นความมั่ น คงทางด้ า นพลั ง งานของประเทศ (Energy Security) หมายความว่า เราจ�ำเป็นต้องกระจายความเสี่ยงเรื่องแหล่งพลังงาน ที่ ป ระเทศต้ อ งใช้ เพื่ อ ว่ า หากมี เ หตุ ก ารณ์ ห รื อ สิ่ ง ที่ ไ ม่ ค าดคิ ด ใดๆ เกิ ด ขึ้ น กั บ แหล่งพลังงาน (หรือเชื้อเพลิง) ใดพลังงานหนึ่ง แหล่งพลังงานที่เหลือก็จะยังสามารถ รองรับความต้องการพลังงานของประเทศโดยรวมได้ในระยะสั้นโดยไม่หยุดชะงัก 4. ประเด็นด้านความพร้อมของเทคโนโลยี (Engineering/Technology) หมายความว่า เทคโนโลยีการผลิตพลังงานที่เราเลือกใช้นั้น ต้องมีความพร้อมส�ำหรับ การใช้งานในเชิงพาณิชย์ ไม่ใช่อยู่ในระหว่างการทดลองหรืองานวิจัย ซึ่งนอกจาก ความแน่นอน (Reliability) ของตัวเทคโนโลยีแล้ว ส่วนใหญ่เทคโนโลยีที่พัฒนาจนถึง การใช้งานจริงในเชิงพาณิชย์แล้วสัก 2-3 ปี จะมีต้นทุนที่ลดลงอีกด้วย ท�ำให้ประหยัด เงินลงทุน ประเด็นพิจารณาทั้ง 4 ประเด็นดังกล่าวข้างต้น ควรได้รับการพิจารณา อย่างรอบคอบ แต่ผู้ก�ำหนดนโยบายพลังงานอาจให้ความส�ำคัญกับประเด็นใด ประเด็ น หนึ่ ง หรื อ หลายประเด็ น มากกว่ า ประเด็ น อื่ น ขึ้ น อยู ่ กั บ สถานการณ์ ของประเทศ ณ ขณะนั้นว่าเป็นอย่างไร
41
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
ตอนที่ 2
ถ่านหิน
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 2 : ถ่านหิน
ตอนที่ 2 ถ่านหิน
การพัฒนาและการเติบโตทางเศรษฐกิจอย่างรวดเร็วของประเทศต่ างๆ ทั่วโลก ในช่วงศตวรรษที่ 20 มีพื้นฐานจากการเติบโตในภาคอุตสาหกรรม ซึ่งเริ่มจาก ยุคปฏิวัติอุตสาหกรรมในทวีปยุโรปและประเทศสหรัฐอเมริกาในตอนต้นศตวรรษ ที่ผ่านมา กระบวนการผลิตในภาคอุตสาหกรรมนั้นต้องใช้พลังงานในปริมาณมาก ซึ่งส่วนมากได้จากการเผาเชื้อเพลิงฟอสซิล (Fossil Fuels) ได้แก่ น�้ำมัน ก๊าซ ธรรมชาติและถ่านหิน แหล่งเชื้อเพลิงฟอสซิลเป็นแหล่งพลังงานส�ำคัญที่สนับสนุน
45
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
การเติบโตทางเศรษฐกิจของโลกมาตลอดด้วยดี แต่เมื่อถึงปลายศตวรรษที่ 20 ได้ เกิดวิกฤตการณ์ในตลาดน�้ำมันและปิโตรเลียมหลายครั้ง เนื่องจากความต้องการที่ เพิม่ ขึน้ อย่างมากของผูใ้ ช้ในประเทศต่างๆ ทัว่ โลก ในขณะทีป่ ริมาณส�ำรองของน�ำ้ มัน และปิโตรเลียมซึ่งมีจ�ำกัดลดลงอย่างรวดเร็ว ประกอบกับการเก็งก�ำไรในตลาดค้า น�้ำมันล่วงหน้า ท�ำให้ราคาน�้ำมันในตลาดโลกปรับตัวขึ้นอย่างมากเป็นประวัติการณ์ ในระยะ 4-5 ปีที่ผ่านมา โดยได้ปรับขึ้นกว่า 5 เท่าตัว จากระดับราคาน�้ำมันดิบ ที่ประมาณ 25-30 เหรียญสหรัฐ ขึ้นมาเกือบถึงระดับ 150 เหรียญสหรัฐในกลาง ปี พ.ศ. 2551 ท�ำให้ผู้บริโภคพลังงานต้องปรับเปลี่ยนจากเชื้อเพลิงหรือพลังงานที่มี ราคาแพง เช่น น�้ำมันและก๊าซธรรมชาติ ไปสู่พลังงานทางเลือกที่มีราคาถูกกว่า เช่น ถ่านหิน เชื้อเพลิงชีวมวล พลังงานลม พลังงานแสงอาทิตย์ รวมทั้งพลังงานนิวเคลียร์ เป็นต้น ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงหลักในการผลิตไฟฟ้าของโลก โดยมีสัดส่วนประมาณ ร้อยละ 40 (ข้อมูล ณ ปี 2550) มากกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิลอื่น เนื่องจากมีราคาถูก และสามารถจัดหาได้ง่าย นอกจากใช้เพื่อผลิตไฟฟ้าแล้ว ถ่านหินยังเป็นแหล่ง พลังงานความร้อนที่ส�ำคัญในภาคอุตสาหกรรม โดยเฉพาะอุตสาหกรรมที่ใช้พลังงาน ความร้ อ นในสั ด ส่ ว นที่ ม ากในกระบวนการผลิ ต ได้ แ ก่ อุ ต สาหกรรมถลุ ง เหล็ ก อุตสาหกรรมปูนซีเมนต์ อุตสาหกรรมกระดาษ อุตสาหกรรมเคมี อุตสาหกรรมอาหาร เป็นต้น ถ่านหินยังใช้เพื่อสร้างความอบอุ่นในบ้านเรือนในประเทศเมืองหนาว และยัง ใช้ส�ำหรับการหุงต้มและประกอบอาหารด้วย ตัวอย่างเช่น ในประเทศจีน ส�ำหรับภาคอุตสาหกรรมในประเทศไทย ถ่านหินมีบทบาทส�ำคัญในฐานะ เชื้อเพลิงทางเลือก เพื่อทดแทนการใช้เชื้อเพลิงปิโตรเลียม เช่น น�้ำมันเตา น�้ำมันดีเซล ก๊าซธรรมชาติ และก๊าซแอลพีจี แต่การใช้ถ่านหินในภาคอุตสาหกรรมในประเทศ ก็ยังมีการใช้อย่างจ�ำกัด เนื่องด้วยอุปสรรค การถูกต่อต้านจากชาวบ้านที่อยู่ใน บริเวณใกล้เคียง ความยุ่งยากในการใช้งานเมื่อเทียบกับน�้ำมันและก๊าซ และค่าใช้จ่าย ที่เพิ่มขึ้นในการควบคุมมลภาวะ
46
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 2 : ถ่านหิน
ความส�ำคัญของถ่านหิน ถ่ า นหิ น เป็ น เชื้ อ เพลิ ง ฟอสซิ ล ที่ มี ป ริ ม าณมากที่ สุ ด บนโลก และมี แ หล่ ง กระจายอยู่ประมาณ 70 ประเทศทั่วโลก แตกต่างจากน�้ำมันและก๊าซธรรมชาติ ทีม่ แี หล่งส่วนใหญ่อยูใ่ นประเทศทางตะวันออกกลางและรัสเซีย หากต้องการทราบว่า ถ่านหินจะมีใช้ไปได้อีกกี่ปี มีการค�ำนวณด้วยอัตราการผลิตและใช้ถ่านหิน ณ ปัจจุบัน จะพบว่าถ่านหินมีเพียงพอไปอีกอย่างน้อย 147 ปี ขณะที่น�้ำมันและก๊าซมีเพียงพอ ไปได้อีกประมาณ 41 และ 63 ปี ตามล�ำดับ
47
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
น้ำมัน
กาซ
ถานหิน
41 ป
63 ป
147 ป
ถ่านหินมีให้ ใช้อีกยาวนานกว่าน�้ำมันและก๊าซธรรมชาติมาก
48
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 2 : ถ่านหิน
มนุษย์เรารู้จักการใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงมานานกว่า 100 ปีแล้ว ในปัจจุบัน ถ่านหินใช้เพื่อการผลิตไฟฟ้าเป็นหลัก และใช้เพื่อการผลิตความร้อนในโรงงาน อุตสาหกรรม หลายประเทศได้ให้ความส�ำคัญกับการใช้ถ่านหินในการสร้างความสมดุล ของพลังงานในประเทศ โดยประเทศที่ใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงในสัดส่วนที่มากกว่า ร้อยละ 50 ของเชื้อเพลิงที่ใช้ในการผลิตไฟฟ้า ได้แก่ประเทศ โปแลนด์ ออสเตรเลีย อินเดีย กรีซ สหรัฐอเมริกา และประเทศจีน เป็นต้น
ถ่านหินกับความมั่นคงด้านพลังงาน ถ่านหินมีศัก ยภาพในการสร้ างความมั่นคงด้านพลังงานให้กับประเทศ ด้วยเหตุผลดังนี้ - ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงที่มีอยู่มากและมีการท�ำเหมืองถ่านหินกระจายอยู่ มากกว่า 70 ประเทศทั่วโลก ไม่ว่าจะเป็นประเทศที่พัฒนาแล้วและ ก�ำลังพัฒนา - มีราคาต�่ำกว่าเชื้อเพลิงปิโตรเลียม (ก๊าซและน�้ำมัน) เมื่อเทียบที่ค่า ความร้อนเท่ากัน - การใช้ถ่านหินผลิตพลังงานมีความปลอดภัย - มลภาวะที่เกิดจากการใช้ถ่านหินสามารถจัดการได้โดยใช้เทคโนโลยี ถ่านหินสะอาด - มีปริมาณใช้อย่างพอเพียง และมีเสถียรภาพไม่ขึ้นกับฤดูกาล (ต่างจาก พลังน�้ำหรือเชื้อเพลิงชีวมวล)
49
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI) Coal Oil Gas
225 21 86 33
1
Former Sovlet Union
1
Central & Eastern Europe
97
7
8
Western & Southern Europe
258 16 11 North America
2 179 110 Middle East
84
1 India
1
115 6
3
China
55 25 21 Africa
22 25 11 South America
94
6
17
Asia & Oceania
ปริมาณส�ำรองของถ่านหินในภูมิภาคต่างๆ (หน่วยพันล้านตันเทียบเท่าถ่านหิน) ที่มา: World Coal Institute, 2005
การใช้ถ่านหินในประเทศไทย ถ่านหินส่วนใหญ่ที่พบในประเทศไทย เป็นลิกไนต์ (Lignite) ที่มีคุณภาพ ค่อนข้างต�่ำ คือมีค่าความร้อนต�่ำ ความชื้นสูง เถ้าสูง และบางแหล่งมีปริมาณ ซัลเฟอร์สูง นอกจากนั้นแล้วยังมีถ่านหินที่มีคุณภาพสูงขึ้นมาเล็กน้อยคือ ซับบิทูมินัส (Sub-bituminous) โดยมีถ่านหินคุณภาพสูงคือ แอนทราไซต์ (Anthracite) อยู่ เพียงเล็กน้อยทีจ่ งั หวัดเลย ปริมาณส�ำรองถ่านหินของประเทศไทยนัน้ จากการส�ำรวจ พบว่าถ่านหินลิกไนต์ที่ใช้ในการผลิตไฟฟ้า มีปริมาณส�ำรองประมาณ 1,200 ล้านตัน ถ่านหินซับบิทูมินัสที่ใช้ในอุตสาหกรรมมีปริมาณส�ำรองประมาณ 200 ล้านตัน
50
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 2 : ถ่านหิน
ถ่านหินลิกไนต์ส่วนใหญ่น�ำไปใช้ในการผลิตไฟฟ้าโดยการไฟฟ้าฝ่ายผลิต แห่งประเทศไทย (กฟผ.) ที่อ�ำเภอแม่เมาะ จังหวัดล�ำปาง ส่วนถ่านหินซับบิทูบินัส จะน�ำไปใช้ในอุตสาหกรรม ส่วนใหญ่เพื่อการผลิตปูนซีเมนต์ การผลิตกระดาษ และ การผลิตอาหารและอื่นๆ
การใชงานถานหินเพื่อผลิตไฟฟาและอุตสาหกรรม ปร�มาณ (พันตัน) 35,000.0 30,000.0 25,000.0 20,000.0 15,000.0
ภาคผลิตไฟฟา
10,000.0 5,000.0
ภาคอุตสาหกรรม
0.0 2541 2542 2543 2544 2545 2546 2547 2548 2549 2550
ที่มา: ส�ำนักนโยบายและแผนพลังงาน, 2551
51
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
การใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงส�ำหรับโรงงานอุตสาหกรรม ถ่านหินสามารถน�ำมาเผาไหม้เพื่อผลิตไอน�้ำโดยใช้หม้อไอน�้ำ และไอน�้ำ ที่ได้อาจน�ำไปป้อนให้กังหันไอน�้ำเพื่อผลิตไฟฟ้า หรือน�ำความร้อนจากไอน�้ำไป ใช้ประโยชน์ในกระบวนการผลิตในโรงงานอุตสาหกรรมที่ต้องการความร้อนได้ แต่การใช้ถ่านหินซึ่งเป็นเชื้อเพลิงแข็งมีความไม่สะดวกเท่ากับการใช้น�้ำมันและ ก๊าซเป็นเชื้อเพลิง เพราะว่าต้องมีระบบการจัดการที่มากกว่า ทั้งในเรื่องการป้องกัน ฝุ่นละออง การควบคุมคุณภาพ การคัดขนาด การกองเก็บ การจัดการของเสีย และ การควบคุมมลภาวะทางอากาศ น�้ำ และเสียง ท�ำให้มีค่าใช้จ่ายในการลงทุนเริ่มต้น ที่สูงกว่า และมีค่าใช้จ่ายในการจัดการมากกว่า แต่อย่างไรก็ตามเนื่องจากถ่านหิน มีราคาที่ต�่ำกว่า จึงท�ำให้เกิดความคุ้มค่าในระยะยาว และเพิ่มความสามารถในการ แข่งขันให้กับอุตสาหกรรม ดังนั้นการจะลดภาระในเรื่องการจัดการดังกล่าว ผู้ประกอบการจึงควรใส่ใจ กับการเลือกใช้ถ่านหินให้เหมาะกับชนิดของหม้อไอน�้ำ โดยทั่วไปควรเลือกถ่านหิน ที่ มี ค ่ า ความร้ อ นสู ง มี ส ่ ว นประกอบเป็ น ซั ล เฟอร์ น ้ อ ย และเลื อ กใช้ เ ทคโนโลยี หม้อไอน�้ำที่มีประสิทธิภาพในการเผาไหม้สูงขึ้น และมีกลไกควบคุมมลภาวะได้ใน ตัวโดยไม่ต้องติดตั้งระบบบ�ำบัดเพิ่มเติม ทั้งนี้ก่อนที่ผู้ประกอบการจะตัดสินใจลงทุน ติดตั้งระบบหม้อไอน�้ำที่ใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิง ควรจะท�ำการศึกษาความเหมาะสม ในเบื้องต้นก่อน
ถ่านหินคืออะไร ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงซากชีวะ(Fossils)ที่อยู่สถานะของแข็ง สันนิษฐานว่า เกิดจากซากพืชในยุคดึกด�ำบรรพ์ที่ขึ้นอยู่ตามที่ชื้นแฉะเช่น หนองบึง ครั้นเมื่อพืช เหล่ า นั้ น ตายลงก็ จ ะทั บ ถมกั น อยู ่ และเกิ ด การเปลี่ ย นแปลงสลายตั ว แบบไม่ ใช้ ออกซิเจนอย่างช้าๆ โดยแบคทีเรีย (bacteria) ซึง่ จะเปลีย่ นสารเซลลูโลส (cellulose) ไปเป็นลิกนิน (lignin) ประกอบกับมีการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยาที่เกิดจาก
52
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 2 : ถ่านหิน
การทับถมกันของชั้นเปลือกโลก ท�ำให้การสลายตัวหยุดลง จากการถูกทับถมกัน เป็นเวลานาน ภายใต้ความดันสูง ท�ำให้น�้ำและสารระเหย (volatile matters) ถูกขจัดออกไป ถึงตอนนี้อะตอมไฮโดรเจนจะรวมตัวกับอะตอมคาร์บอนเกิดเป็น สารประกอบไฮโดร์คาร์บอน
องค์ประกอบในการก�ำเนิดถ่านหิน ในการก�ำเนิดถ่านหิน ไม่ว่าจะมีรูปแบบการก�ำเนิดแบบใดหรือมีขนาด แตกต่ า งกันแค่ไ หน ในแต่ละพื้นที่จ ะมีองค์ประกอบหรือปัจจัยที่ส�ำคัญที่ท�ำให้ เกิดการสะสมตัวคล้ายๆ กันคือ 1. ด้านสภาพอากาศ ต้องมีสภาพอากาศที่เหมาะกับการเจริญเติบโต ของพืช และพันธุ์ไม้ต่างๆ ซึ่งมีทั้งพืชใบเลี้ยงคู่ เช่นพืชในตระกูลเฟิร์น และพืช ใบเลี้ยงเดี่ยว เป็นต้น
53
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
2. พืน้ ทีท่ มี่ กี ารทับถมกันนัน้ ต้องเป็นบริเวณทีไ่ ม่มนี ำ�้ ไหลเข้าออก หรือต้อง เป็นบริเวณน�้ำนิ่ง และเป็นบริเวณที่มีก๊าซออกซิเจนจ�ำกัด เพื่อไม่ให้เกิดการเน่าสลาย ของซากพืชก่อนที่จะกลายเป็นถ่านหิน 3. ระดับความลึกของซากพืชที่สะสมอยู่ในแอ่ง ซึ่งถ้าอยู่ในระดับลึกมากๆ จะท�ำให้จุลินทรีย์มาท�ำการย่อยสลายน้อยลง เพราะจุลินทรีย์ไม่สามารถทนต่อ ความร้อนที่เพิ่มขึ้นตามระดับความลึกภายในโลกได้ หรือถ้าอยู่ในระดับตื้นเกินไป หรือโผล่ขึ้นมา ออกซิเจนอาจท�ำให้ซากพืชเน่าเปื่อยได้ 4. การเปลี่ยนแปลงทางชีวเคมีที่เหมาะสมและมีความต่อเนื่อง 5. การเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยาที่เหมาะสมที่จะท�ำให้เกิดความกดดัน และความร้อนที่เหมาะสมอันจะท�ำให้ซากพืชแปรสภาพเป็นถ่านหินได้
กระบวนการเกิดถ่านหิน การทีซ่ ากพืชซึง่ สะสมตัวในแหล่งต่างๆ ตัง้ แต่เริม่ ต้นจนกระทัง่ เป็นพีต (Peat) ซึ่งมีลักษณะอ่อนยุ่ยและมีซากพืชหลงเหลืออยู่ และกลายไปเป็นถ่านหินในที่สุด จะมีกระบวนการทางชีวเคมีและความร้อนเข้ามาเกี่ยวข้องดังนี้คือ 1. กระบวนการทางชีวเคมี (Biochemical Reaction) หรือเรียกว่า กระบวนการการก่อตัวใหม่ เป็นกระบวนการที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงทางชีวเคมี โดยจุลินทรีย์ จะท�ำการย่อยสลายซากพืช ท�ำให้กลายเป็นสารเนื้อเดียวกัน โดยอยู่ ในรูปของสารที่มีองค์ประกอบของคาร์บอนและไฮโดรเจนเป็นส่วนใหญ่ ในที่สุดซาก พืชทีต่ กตะกอนสะสมกันอยูน่ นั้ จะกลายเป็นพีต ซึง่ สิง่ ส�ำคัญทีส่ ดุ ในกระบวนการนีค้ อื สภาพแวดล้อมของแอ่งที่สะสมตะกอน ถ้าซากพืชจมอยู่ใต้น�้ำลึกเกินไปจุลินทรีย์จะ ไม่สามารถท�ำการย่อยสลายได้ หรือถ้าตื้นเกินไปออกซิเจนในอากาศจะท�ำให้ซากพืช เกิดการเน่าเปื่อยได้
54
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 2 : ถ่านหิน
2. กระบวนการเปลี่ ย นแปลงอั น เนื่ อ งมาจากความร้ อ น (Thermal Alteration) หรือการแปรสภาพ (Metamorphism) เป็นกระบวนการที่เกิดขึ้น ต่ อ เนื่ อ งจากกระบวนการทางชี ว เคมี ซึ่ ง ในกระบวนการนี้ พี ต ที่ เ กิ ด ขึ้ น จะ แปรสภาพไปเป็ น ถ่ า นหิ น โดยเมื่ อ ชั้ น พี ต ถู ก ปิ ด ทั บ ด้ ว ยตะกอนมากขึ้ น เรื่ อ ยๆ จะท� ำ ให้ ชั้ น พี ต ยิ่ ง จมลึ ก ลงไปจนถึ ง ระดั บ ความลึ ก ที่ เ หมาะสม ความร้ อ นจาก ภายในโลกที่ เ พิ่ ม ขึ้ น ตามระดั บ ความลึ ก จะเป็ น ตั ว หยุ ด กระบวนการก่ อ ตั ว ใหม่ และจะเกิดกระบวนการเปลี่ยนแปลงอันเนื่องมาจากความร้อนขึ้นแทน ท�ำให้พีต แปรสภาพไปเป็ น ถ่ า นหิ น เรี ย กกระบวนการนี้ ว ่ า การแปรสภาพเป็ น ถ่ า นหิ น (Coalification) การเกิ ด ถ่ า นหิ น มี ค วามหลากหลายทั้ ง จากปั จ จั ย ด้ า นแหล่ ง ก� ำ เนิ ด ระยะเวลา และสภาวะต่างๆ ท�ำให้ถ่านหินจากแหล่งต่างๆ มีองค์ประกอบและ มีคุณสมบัติแตกต่างกัน การน�ำถ่านหินมาใช้จึงต้องค�ำนึงถึงปัจจัยองค์ประกอบที่ แตกต่างนี้ด้วย อย่างไรก็ตาม ถ่านหินถูกแบ่งประเภทไว้เรียกว่า “ศักดิ์” (Rank) ของถ่านหิน ตามอายุของการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพและทางเคมี เริ่มตั้งแต่ พีท ลิกไนต์ ซับบิทูมินัส บิทูมินัส จนถึง แอนทราไซต์ โดยที่แอนทราไซต์มีค่า ความร้อนสูงสุด เนื่องจากองค์ประกอบที่เป็นคาร์บอนมากที่สุด มีความชื้นและ สารระเหยได้ (Volatile Matters) น้อยที่สุด
55
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
ปร�มาณคารบอน/คาพลังงาน พีท ลิกไนต ซับบิทูมินัส บิทูมินัส แอนทราไซด ปร�มาณความช�้น
ศักดิ์ของถ่านหิน แอนทราไซด์
1 - 3
2 - 8
7,500
ศักดิ์ของถ่านหิน
สูง
ทธิ % ความชื้นรวม % ปริมาณสารระเหย ค่าความร้อนสุValue (Total Moisture) (Volatile Matter) Net Calorific (kCal/kg)
บิทูมินัส (Bituminous)
3 - 15
25 - 40
7,000
ซับบิทูมินัส (Sub-Bituminous)
15 - 25
33 - 50
4,500
ลิกไนต์ (Lignite)
20 - 50
25 - 50
3,000
ต�่ำ
พีท (Peat)
35 - 60
30 - 60
1,300
56
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 2 : ถ่านหิน
รูปที่ 17 ภาพแสดงลักษณะของชั้นถ่านหินในเหมืองแบบเปิด
การจ�ำแนกถ่านหิน ถ่านหินในทีต่ า่ งๆ จะมีคณ ุ สมบัตทิ างเคมีและฟิสกิ ส์แตกต่างกันตามธรรมชาติ ของการเกิดอันได้แก่ พรรณพืชเริ่มต้น สภาพทางภูมิศาสตร์และธรณีวิทยา ตลอดจน ระยะเวลาที่ถูกทับถม ซึ่งประการหลังมีบทบาทมากที่สุด ระยะเวลาที่ถูกทับถม หลังจากการตายของพืชจะมีผลต่อปริมาณหรือสัดส่วนของคาร์บอนในถ่านหิน คือ ยิ่งถูกทับถมเป็นเวลานานๆ สัดส่วนของคาร์บอนในถ่านหินก็ยิ่งมาก ซึ่งจะมีผลต่อ คุณภาพและการให้พลังงานด้วย ดังนั้นถ่านหินจึงถูกจ�ำแนกออกเป็น 4 กลุ่มใหญ่ๆ ตามอายุการเกิดและคุณภาพ ดังนี้
57
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
1. ถ่านหินแอนทราไซต์ ถ่านหินแอนทราไซต์ (Anthracite) เป็นถ่านหินที่ถูกจัดอยู่ในล�ำดับสูงสุด ถือว่าเป็น ถ่านหินที่มีคุณภาพดีที่สุด มีลักษณะด�ำเป็นเงามัน มีความวาวสูง มีปริมาณคาร์บอนสูงถึงร้อยละ 90 ขึ้นไป มีปริมาณความชื้นต�่ำมากและมีค่าความร้อน สูง มีควันน้อยแต่จุดติดไฟยาก ส่วนใหญ่มักใช้เป็นแหล่งเชื้อเพลิงเพื่อให้ความร้อน ภายในบ้าน และในอุตสาหกรรมแก้ว อุตสาหกรรมเคมี และใช้ในการกรองน�ำ้ เป็นต้น 2. ถ่านหินบิทูมินัส ถ่านหินบิทูมินัส (Bituminous) เป็น ถ่านหินเนื้อแน่น มีลักษณะแข็ง และมักจะประกอบ ด้ ว ยชั้ น ถ่ า นหิ น สี ด� ำ สนิ ท ที่ มี ลั ก ษณะเป็ น มั น วาว มีปริมาณคาร์บอนประมาณร้อยละ 80-90 และมี ความชื้นร้อยละ 2-7 ถ่านหินประเภทนี้สามารถแบ่ง ย่อยได้เป็น 3 กลุ่ม ตามความสามารถในการระเหย คือประเภทที่มีความสามารถใน การระเหย สูง กลาง และต�่ำ ถ่านหินชนิดนี้เหมาะส�ำหรับการใช้เป็นถ่านหินเพื่อการ ถลุงโลหะหรืออาจใช้เป็นเชื้อเพลิงผลิตกระแสไฟฟ้าได้ ซึ่งขึ้นอยู่กับปริมาณคาร์บอน และความสามารถในการระเหย 3. ถ่านหินซับบิทูมินัส ถ่านหินซับบิทมู นิ สั (Sub-bituminous) มี ลั ก ษณะสี น�้ ำ ตาลเข้ ม จนถึ ง ด� ำ เนื้ อ ถ่ า นหิ น จะ มี ค วามอ่ อ นตั ว คล้ า ยขี้ ผึ้ ง ไม่ แข็ ง มาก มี ป ริ ม าณ คาร์บอนประมาณร้อยละ 71-77 และมีความชื้น ประมาณร้ อ ยละ 10-20 ถ่ า นหิ น ประเภทนี้ มี ส่วนมากใช้เป็นเชื้อเพลิงในการผลิตกระแสไฟฟ้า หรือใช้ในอุตสาหกรรม
58
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 2 : ถ่านหิน
4. ถ่านหินลิกไนต์ ถ่านหินลิกไนต์ (Lignite) เป็นถ่านหิน ที่ยังพอมีซากพืชเหลือปรากฏให้เห็นอยู่เล็กน้อย มี สี น�้ ำ ตาลเข้ ม จนถึ ง ด� ำ มี ป ริ ม าณคาร์ บ อนค่ อ น ข้ า งน้ อ ย และมี ป ริ ม าณความชื้ น สู ง ถึ ง ร้ อ ยละ 30-70 ส่ ว นใหญ่ ใช้ เ ป็ น เชื้ อ เพลิ ง ผลิ ต ไฟฟ้ า ณ แหล่งผลิตถ่านหิน ที่เราเรียกว่า โรงไฟฟ้าปากเหมือง (Mine-mouth Power Plant) จัดเป็นถ่านหินคุณภาพต�่ำ
การใช้ประโยชน์จากถ่านหิน มนุษย์รู้จักใช้ประโยชน์จากถ่านหินมานานกว่า 200 ปี แต่การใช้ประโยชน์ จากถ่ า นหิ น อย่ า งจริ ง จั ง เริ่ ม เป็ น ที่ นิ ย มกั น มากเหลั ง การปฏิ วั ติ อุ ต สาหกรรมใน ประเทศอังกฤษ และยิ่งเพิ่มมากขึ้นหลายเท่าตัวเมื่อเกิดวิกฤตราคาน�้ำมันครั้งแรก ในปี พ.ศ. 2516 ท�ำให้มีการใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงทดแทนน�้ำมันมากขึ้น ทั้งการใช้ เป็นเชื้อเพลิงในการผลิตกระแสไฟฟ้าและในอุตสาหกรรมต่างๆ การใช้ประโยชน์จาก ถ่านหินอาจแบ่งได้หลักๆ เป็น 2 ประเภทคือ 1. การใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิง ถ่านหินส่วนใหญ่จะถูกน�ำมาใช้ให้เกิดประโยชน์โดยตรงคือ น�ำมาเผา เพื่อให้ความร้อนในอุตสาหกรรมต่างๆ ที่ใช้หม้อไอน�้ำหรือเตาเผาในกระบวน การผลิต เช่น การผลิตกระแสไฟฟ้า การผลิตปูนซีเมนต์ อุตสาหกรรมกระดาษ อุตสาหกรรมการถลุงโลหะ อุตสาหกรรมอาหาร เป็นต้น ซึ่งปริมาณของถ่านหินที่ ผลิตได้ ส่วนใหญ่จะน�ำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงโดยเฉพาะในการผลิตกระแสไฟฟ้า 2. การใช้ถ่านหินเพื่อวัตถุประสงค์อื่น นอกจากการใช้เป็นเชื้อเพลิงเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า และเป็นเชื้อเพลิง ส�ำหรับการให้พลังงานความร้อนในอุตสาหกรรมต่างๆ แล้ว ยังมีการใช้ถ่านหินเป็น แหล่งวัตถุดิบเพื่อผลิตเป็นผลิตภัณฑ์อื่นๆ อีกหลายอย่างเช่น การน�ำมาผลิตเป็น ถ่านโค้กเทียม ถ่านกัมมันต์ ปุ๋ยยูเรีย หรือการน�ำมาสกัดเอาน�้ำมันดิบ เป็นต้น
59
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
ทุกวันนี้การใช้ประโยชน์ถ่านหินในประเทศไทยเป็นการใช้เพื่อเป็นเชื้อเพลิง ส�ำหรับการผลิตไฟฟ้าในสัดส่วนมากที่สุด ถึงร้อยละ 83.89 รองลงมาเป็นการ ใช้ ใ นอุ ต สาหกรรมซี เ มนต์ ร ้ อ ยละ 11.29 อุ ต สาหกรรมกระดาษร้ อ ยละ 3.68 อุตสาหกรรมปูนขาวร้อยละ 0.20 อุตสาหกรรมเส้นใยร้อยละ 0.15 อุตสาหกรรม อาหารร้อยละ 0.13 อุตสาหกรรมบ่มใบยาร้อยละ 0.06 และอุตสาหกรรมอื่นๆ อีกร้อยละ 0.60 (ข้อมูลจากกรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน) อย่างไรก็ตาม ในอนาคตคาดว่าจะมีการใช้ถ่านหินเพิ่มขึ้น แต่ทั้งนี้การน�ำ ถ่านหินมาใช้ผลิตพลังงานจะต้องใช้ควบคู่กับเทคโนโลยีถ่านหินสะอาดที่เหมาะสม เพื่อลดปริมาณการปลดปล่อยมลภาวะจากกระบวนการเผาไหม้ และการก�ำจัด ของเหลือใช้อย่างถูกหลักวิธี
ข้อดีข้อด้อยของเชื้อเพลิงแต่ละชนิด เชื้อเพลิงแต่ละประเภทต่างก็มีข้อดีและข้อด้อยซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของ เชื้อเพลิงนั้นๆ สามารถสรุปได้ดังนี้ เชื้อเพลิง ข้อดี ถ่านหิน มีอยู่มาก ไม่ขาดแคลน ราคาถูก ปลอดภัย ไม่เสี่ยง ขนส่งและเก็บง่าย น�้ำมัน ใช้สะดวก ขนส่งและเก็บง่าย เหมาะสมกับภาคขนส่ง ไม่เหลือกากหรือเศษที่ต้อง ก�ำจัด
60
ข้อด้อย มีองค์ประกอบเป็นคาร์บอนมากที่สุด ท�ำให้ตอ้ งมีการจัดการลดก๊าซ CO2 มาก ปัญหาการยอมรับของสังคม มีองค์ประกอบเป็นคาร์บอนมาก มี แ หล่ ง เชื้ อ เพลิ ง กระจุ ก ตั ว ปริ ม าณ ส�ำรองเหลือน้อย ราคาผันผวนมาก ไม่มั่นคง มีความเสี่ยงขณะขนส่ง
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 2 : ถ่านหิน
เชื้อเพลิง ข้อดี ก๊าซ มีประสิทธิภาพสูง แปลงเป็นเชื้อเพลิงหรือ ผลิตภัณฑ์อื่นได้สะดวก เหมาะสมกับภาคครัวเรือน นิวเคลียร์ ปราศจากคาร์บอน ให้พลังงานมาก เชื้อเพลิงราคาไม่แพง
เชื้อเพลิง เกิดมลภาวะน้อย หมุนเวียน ใช้ได้ยั่งยืน
ข้อด้อย มีองค์ประกอบเป็นคาร์บอนมาก มีแหล่งเชื้อเพลิงกระจุกตัว ปริมาณส�ำรองเหลือน้อย ราคาแพง ราคาผันผวนมาก ไม่มั่นคง มีความเสี่ยงขณะขนส่งและเก็บ การจั ด การกั บ กากนิ ว เคลี ย ร์ ยั ง เป็ น ประเด็นปัญหา ปัญหาการยอมรับของสังคม ความเสีย่ ง สูงจากภัยธรรมชาติ หรือการก่อการร้าย เงินลงทุนสูงมาก ความเสี่ยงเรื่องความ คุ้มค่า ปริมาณจ�ำกัด ขึน้ อยูก่ บั พืน้ ทีแ่ ละฤดูกาล มีไม่พอกับความต้องการ เชือ้ เพลิงชีวมวล ให้พลังงานต่อน�้ำหนักน้อย ใช้พื้นที่กอง เก็บมาก ราคาผันผวน พลังงานแสง อาทิตย์ใช้พื้นที่มากแต่ได้พลังงานน้อย
ถ่านหิน อีกทางเลือกหนึ่งที่ส�ำคัญ มลภาวะที่เกิดจากถ่านหินสิ่งที่ต้องตระหนักในการใช้ถ่านหิน เป็น เชื้อเพลิง การน� ำ ถ่ า นหิ น มาใช้ เ ป็ น เชื้ อ เพลิ ง จ� ำ เป็ น ต้ อ งค� ำ นึ ง ถึ ง ประเด็ น ด้ า น สิ่งแวดล้อม ทั้งนี้เนื่องจากการเอาเชื้อเพลิงถ่านหินมาเผาให้ความร้อน ออกซิเจน ในอากาศจะท�ำปฏิกิริยากับถ่านหิน ได้พลังงานความร้อน แต่ก็จะได้สิ่งที่ไม่พึง ประสงค์ปนออกมาด้วย ได้แก่
61
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
1) ฝุ่นละออง (Dust หรือ Particulate) ซึ่งเกิดการฟุ้งกระจายของเถ้า ในถ่านหิน ท�ำให้เป็นโรคภูมิแพ้ หายใจไม่ออก 2) ก๊าซไนโตรเจนออกไซด์ (NOx) ท�ำให้ถุงลมโป่ง ถ้ารวมตัวกับความชื้น ในอากาศ เวลาฝนตกจะเป็นฝนกรด ท�ำให้น�้ำเป็นกรด เป็นอันตรายต่อสัตว์น�้ำและ พืชที่เพาะปลูก 3) ก๊าซก�ำมะถันออกไซด์ (SOx) เป็นฝนกรดเช่นกัน แต่เป็นกรดต่างชนิด กับที่เกิดจากก๊าซไนโตรเจนออกไซด์ เรียกว่ากรดก�ำมะถัน ท�ำให้เกิดการอักเสบของ เยื่อหุ้มปอด
ท�ำไมถ่านหินถูกต่อต้าน การใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงเพื่อผลิตไฟฟ้า จะเกิดมลภาวะได้แก่ ฝุ่นละออง และก๊าซกรดดังที่ได้อธิบายแล้ว ซึ่งหากไม่หาทางป้องกันหรือจัดการกับมลภาวะ เหล่านี้อย่างถูกวิธี ก็จะท�ำให้เกิดปัญหากระทบต่อสิ่งแวดล้อมและสุขภาพของ ประชาชนที่อาศัยอยู่ในพื้นที่ใกล้เคียงได้ในระยะยาว ปั จ จุ บั น ประชาชนไทยยั ง ไม่ ย อมรั บ เชื้ อ เพลิ ง ถ่ า นหิ น เนื่ อ งจากในอดี ต การใช้ ถ ่า นหิ นจากแหล่ง ในประเทศไทยที่ส่วนใหญ่เป็นลิกไนต์คุณ ภาพไม่ดีนัก มาใช้ผลิตไฟฟ้าด้วยเทคโนโลยีและการจัดการที่ไม่เหมาะสม ก่อให้เกิดปัญหาทาง สิ่งแวดล้อมและทางสังคม ซึ่งเทคโนโลยีในสมัยนั้นยังไม่ทันสมัยและการลงทุนติด ตั้งเครื่องมืออุปกรณ์ควบคุมมลภาวะอาจจะยังไม่เหมาะสมทางเทคนิคและทาง เศรษฐศาสตร์ ประกอบกับการต่อต้านเชื้อเพลิงฟอสซิลในปัจจุบันที่ได้ขยายเป็น ประเด็นทางการเมืองทั้งระดับท้องถิ่นและระดับชาติ สาเหตุดังกล่าวท�ำให้ประเทศ ไทยไม่เกิดการพัฒนาเทคโนโลยีมาจัดการกับปัญหา คนทั่วไปจึงไม่สนใจเชื้อเพลิง ถ่านหินและการพัฒนาของเทคโนโลยีถ่านหินที่ดีขึ้นเหมือนอย่างในประเทศอื่นๆ
62
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 2 : ถ่านหิน
เทคโนโลยีจะช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากการใช้ถ่านหิน ได้อย่างไร การน� ำ ถ่ า นหิ น มาใช้ ง านอย่ า งมี ค วามรั บ ผิ ด ชอบนั้ น ต้ อ งมี ค วามเข้ า ใจ ทางด้านสมบัติทางกายภาพและเคมีของถ่านหินในทุกขั้นตอนทั้งวงจรของการ ใช้ประโยชน์จากถ่านหิน เริ่มตั้งแต่การผลิตถ่านหินในเหมืองถ่านหิน การเตรียม การขนส่ง การแปลงเป็นพลังงาน จนถึงการฟื้นฟูสภาพเหมืองถ่านหินหลังการท�ำ เหมืองและการจัดการของเสีย จะท�ำให้เราสามารถระบุสาเหตุและทราบวิธีลด ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมลงได้ เกิดการพัฒนาเทคโนโลยีที่มีเป้าหมายเพื่อให้การใช้ ถ่านหินได้ประโยชน์คุ้มค่ามากที่สุด และกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยที่สุด
63
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
รูปที่ 18 ภาพบริเวณโรงไฟฟ้าแม่เมาะในปัจจุบัน
64
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 2 : ถ่านหิน
รูปที่ 19 โรงไฟฟ้าถ่านหิน Tachibanawan ในประเทศญี่ปุ่น
เทคโนโลยีถ่านหินสะอาด เทคโนโลยี ถ ่ า นหิ น สะอาด คื อ กลุ ่ ม เทคโนโลยี ที่ พั ฒ นาขึ้ น เพื่ อ เพิ่ ม ประสิทธิภาพในการท�ำเหมือง การขนส่งและการกองเก็บ การจัดการถ่านหินก่อน น�ำมาใช้ และการใช้ประโยชน์ถ่านหิน โดยมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยที่สุด เทคโนโลยีเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการลดหรือก�ำจัดมลภาวะที่เกิดขึ้นจากการน�ำถ่านหิน มาใช้ประโยชน์ รวมถึงการเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิง กล่าวคือ เป็นการสนับสนุนนโยบายการใช้พลังงานจากถ่านหิน ในด้านความมั่นคงทางด้าน พลังงาน การรักษาสิ่งแวดล้อม และการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจาก ถ่านหินมีปริมาณส�ำรองจ�ำนวนมากและมีความมั่นคงในการจัดหา แต่ท�ำให้เกิด มลภาวะต่อสภาวะแวดล้อมสูงกว่าการใช้เชื้อเพลิงอื่นๆ ดังนั้นการน�ำเทคโนโลยี ถ่านหินสะอาดมาใช้ จึงมีความส�ำคัญและจ�ำเป็น และยังสามารถเปลี่ยนทัศนคติ ที่ไม่ดีต่อถ่านหินได้
65
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
โดยทั่วไปเทคโนโลยีถ่านหินสะอาดสามารถน�ำมาใช้ได้ในหลายลักษณะ ได้แก่ เทคโนโลยีถ่านหินสะอาดก่อนการเผาไหม้ (Pre-Combustion) เทคโนโลยี ถ่านหินสะอาดขณะเผาไหม้ (Combustion) หรือเมื่อน�ำมาใช้ประโยชน์ และ เทคโนโลยีถ่านหินสะอาดหลังการเผาไหม้ (Post-Combustion)
1. เทคโนโลยีถ่านหินสะอาดก่อนการเผาไหม้ เทคโนโลยีในกลุ่มนี้เป็นการน�ำถ่านหินมาผ่านกระบวนการเพื่อลดปริมาณ เถ้าและก�ำมะถัน ซึ่งในขณะเดียวกันเป็นการเพิ่มค่าความร้อนของถ่านหินก่อน น�ำมาเผาไหม้ วิธีการเหล่านี้ หมายถึง Coal Preparation (การเตรียมถ่านหิน), Coal Beneficiation, หรือ Coal Upgrading (การปรับปรุงคุณภาพถ่านหิน) ได้แก่ การท�ำความสะอาดโดยวิธีทางกายภาพ (Physical Cleaning or Washing) การท�ำความสะอาดโดยวิธีท างเคมี (Chemical Cleaning) และการท�ำความ สะอาดโดยวิธีทางชีวภาพ (Biological Cleaning) เดิมมีการศึกษากันเพียงทางด้าน กายภาพและทางด้านเคมีเท่านั้น การศึกษาทางด้านชีวภาพเริ่มมีการพัฒนาขึ้นเมื่อ ไม่นานมานี้ 1.1 การท�ำความสะอาดโดยวิธีทางกายภาพ เป็นการแยกสารที่ไม่ต้องการ เช่น ฝุ่นละออง ดิน หิน และสารประกอบ อนินทรีย์ เช่น Pyritic Sulfur (ก�ำมะถันอนินทรีย์ที่มีเหล็กเป็นส่วนประกอบ) ออกจากเนื้ อ ถ่ า นหิ น โดยใช้ ค วามแตกต่ า งของความหนาแน่ น ของถ่ า นหิ น กั บ สารมลทิ น เหล่ า นี้ ดั ง นั้ น เมื่ อ น� ำ ถ่ า นหิ น มาบดแล้ ว ล้ า งผ่ า นน�้ ำ สารต่ า งๆ ที่ ไ ม่ ต้องการจะแยกออกจากเนื้อถ่านหิน ในปัจจุบันถ่านหินจะถูกบดให้มีขนาดเล็กกว่า ขนาดของฝุ ่ น ผง ท� ำ ให้ ร ้ อ ยละ 90 ของก� ำ มะถั น อนิ น ทรี ย ์ (Pyritic Sulfur) ถูกก�ำจัดไป
66
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 2 : ถ่านหิน
นอกจากวิธีดังกล่าว Column Flotation (การลอยแร่ในหลอดวัสดุ กรอง) ยังเป็นวิธีท�ำความสะอาดถ่านหินทางกายภาพอีกวิธีหนึ่ง โดยอาศัยหลักการที่ ผงถ่านหินมีคุณสมบัติทางเคมีซึ่งสามารถยึดติดกับฟองอากาศได้ เมื่อให้ฟองอากาศ เคลื่อนที่ผ่านผงถ่านหินและน�้ำซึ่งบรรจุใน Column (หลอดวัสดุกรอง) ผงถ่านจะ ติดขึ้นไปกับฟองอากาศ ทิ้งให้สารประกอบอนินทรีย์ เช่น Pyritic Sulfur (ก�ำมะถัน อนินทรีย์) และแร่ธาตุต่างๆ จมอยู่ชั้นล่าง
รูปที่ 20 กระบวนการท�ำความสะอาดถ่านหินก่อนการเผาไหม้
67
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
1.2 การท�ำความสะอาดโดยวิธีทางเคมี โดยทั่วไปเป็นการใช้สารเคมีที่มีคุณสมบัติชะล้างแร่ธาตุและก�ำมะถัน อินทรีย์ ซึ่งไม่สามารถก�ำจัดได้โดยวิธีทางกายภาพ ในการท�ำปฏิกิริยากับผงถ่านหิน เพื่อก�ำจัดก�ำมะถันและเถ้า เทคโนโลยีในกลุ่มนี้ ได้แก่ Molten - Caustic Leaching (การชะล้างด้วยสารกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูง) 1.3 การท�ำความสะอาดโดยวิธีทางชีวภาพ เป็นเทคโนโลยีซึ่งใช้สิ่งมีชีวิตเล็กๆ ในการก�ำจัดก�ำมะถันในถ่านหิน ตัวอย่างเช่น แบคทีเรีย และเชื้อรา บางชนิดใช้ก�ำมะถันเป็นอาหาร เมื่อน�ำสิ่งมีชีวิต ที่พบในถ่านหินระหว่างการย่อยสลายเหล่านี้มาเพาะเลี้ยง และสกัดเอาเอนไซม์ย่อย สลายก�ำมะถันมาใช้ในการเร่งกระบวนการก�ำจัดก�ำมะถันในถ่านหิน นอกจากนี้ยังมีการเตรียมถ่านหินสะอาด โดยการน�ำถ่านหินคุณภาพต�่ำ มาปรับปรุงคุณภาพถ่านหิน (Coal Upgrading) เช่น ใช้วิธี Liquid-Phase Cracking with Solvent (การท�ำให้แตกตัวโดยใช้สารละลาย) จากการศึกษาทดลองใช้ ถ่านหินคุณภาพต�่ำของไทย จากแหล่งงาว จังหวัดล�ำปาง เหมืองแม่เมาะ จังหวัด ล�ำปาง และเหมืองบ้านป่าคา จังหวัดล�ำพูน ผลปรากฎว่าได้ถ่านหินสะอาดที่มี ค่าความร้อนสูงขึ้น และปริมาณก�ำมะถันลดลง การปรับปรุงคุณภาพถ่านหินยังมีวิธี การอื่นๆ เช่น Hot Water Drying (การลดความชื้นโดยใช้น�้ำร้อน), Coal-WaterMixture (ถ่านหินบดผสมน�้ำ), Coal Briquette (ถ่านหินอัดก้อน) เป็นต้น
68
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 2 : ถ่านหิน
2. เทคโนโลยีถ่านหินสะอาดขณะเผาไหม้หรือเมื่อน�ำมาใช้ประโยชน์ 2.1 เทคโนโลยีถ่านหินสะอาดขณะเผาไหม้ เป็นเทคโนโลยีทเี่ กีย่ วข้องกับระบบการเผาไหม้ถา่ นหิน โดยการปรับปรุง เตาเผาและหม้อไอน�้ำ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการเผาไหม้ถ่านหินและลดมลพิษที่ เกิดจากการ เผาไหม้ ในอนาคตการเผาไหม้ถา่ นหินจะไม่มีการปลดปล่อยก๊าซมลพิษ (Zero Emissions) เทคโนโลยีในกลุ่มนี้ได้แก่ • Pulverized Fuel (PF) combustion (การเผาไหม้ถ่านหินบด) เป็นวิธีการเผาไหม้ถ่านหินที่ใช้กันอย่างกว้างขวางในการผลิตไฟฟ้า จากถ่านหิน ในการเผาไหม้แบบ PF ถ่านหินจะถูกบดให้มีขนาด เล็กมาก (เล็กกว่า 100 ไมครอน) แล้วพ่นเข้าไปในเตาเผาพร้อม อากาศ เมื่อถ่านหินติดไฟจะให้ความร้อนแก่หม้อไอน�้ำ ซึ่งไอน�้ำ แรงดันสูงจะไปหมุนกังหันของเครื่องก�ำเนิดไฟฟ้า ในปัจจุบันมีการ พัฒนาเทคโนโลยีของเตาเผาท�ำให้ประสิทธิภาพความร้อน โดยรวม ของโรงไฟฟ้าเพิ่มขึ้นถึงประมาณร้อยละ 40-45 และอาจเพิ่มเป็น ร้อยละ55 ในอนาคต ส�ำหรับเทคโนโลยี Advanced Pulverized Coal (การเผาไหม้ถ่านหินบดแบบทันสมัย) นี้ ประสิทธิภาพการ ก� ำ เนิ ด ไฟฟ้ า ขึ้ น อยู ่ กั บ ระดั บ แรงดั น และอุ ณ หภู มิ ข องไอน�้ ำ ที่ ใช้ ขับกังหันไอน�้ำ
69
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
อากาศรอน จากหมอไอน้ำ
อากาศเย็นจากพัดลม ชุดควบคุม ปร�มาณอากาศเย็น ชุดปรับลมรอน ยุงเก็บ ถานหิน
ชองสังเกต การเผาไหม ลิ้นปด-เปด
ชุดปอนเช�้อเพลิง
เคร�่องบด ถานหิน
ผนังดานหนา ของหมอไอน้ำ
ชุดหัวเผาถานหินบด
ทอปอนถานหินบด พรอมอากาศ
ชุดควบคุมปร�มาณลม พัดลม
พื้นวางอุปกรณ
รูปที่ 21 หลักการท�ำงานของระบบเผาไหม้ถ่านหินบด
70
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 2 : ถ่านหิน
ข้อดีและข้อด้อยของหม้อไอน�้ำแบบ Pulverized Coal (ถ่านหินบด) ทั่วไป ข้อดี 1) ใช้ได้กับถ่านหินทุกประเภท 2) ปริมาณเถ้าลอยมากที่สุด 3) ประสิ ท ธิ ภ าพการเผาไหม้ สู ง สุ ด (เกือบ 100%) 4) ประสิทธิภาพความร้อน (Thermal Efficiency) ดีมาก 5) การปรับเพิ่มหรือลดก�ำลังการเดิน เครื่องท�ำได้รวดเร็วแม่นย�ำที่สุด 6) การท�ำงานของเครือ่ งเป็นระบบอัตโนมัติ (Digital Control System- DCS)
ข้อเสีย/ข้อด้อย 1) ต้ อ งบดถ่ า นหิ น ให้ เ ป็ น ผงละเอี ย ด กว่า 0.1 มม. 2) เสียค่าใช้จ่ายสูงในการบดถ่านหิน 3) ถ่านหินที่บดละเอียดเสี่ยงต่อการลุก ติดไฟได้ง่าย 4) อุณหภูมิการเผาไหม้อยู่ที่ 1,200 1,300 oC ท�ำให้เกิดก๊าซ Thermal NOx และท� ำ ให้ เ กิ ด ปั ญ หา Slag ของเถ้า 5) การก�ำจัดก๊าซ SOx ท�ำได้ยาก ต้อง ติดตั้งระบบก�ำจัดก๊าซซัลเฟอร์เพิ่ม เติม (FGD) ซึ่งค่าใช้จ่ายสูง 6) ขนาดของหม้อไอน�้ำใหญ่มาก (ไม่ต�่ำ กว่า 100 ตัน/ชม.) 7) ใช้ พื้ น ที่ ม ากที่ สุ ด เพราะต้ อ งมี เครื่องบดและเครื่อง FGD 8) ใช้เงินลงทุนสูงสุด การเพิม่ หรือขยาย จ�ำนวนหม้อไอน�้ำในอนาคตได้ยาก 9) การท�ำงานของเครื่องยุ่งยากซับซ้อน เพราะมี เ ครื่ อ งจั ก รหลายระบบ ค่าบ�ำรุงรักษาสูง
71
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
• Fluidized Bed Combustion - FBC (การเผาไหม้แบบชัน้ เชือ้ เพลิง ไหลเวียน) ส�ำหรับการเผาไหม้วิธีนี้ ถ่านหินจะถูกย่อยให้มีขนาด ประมาณ 3 - 10 มม. โดยไม่ต้องมีขนาดที่สม�่ำเสมอกัน ก่อนจะ ผสมกับหินปูนบดเพื่อป้อนเข้าสู่ห้องเผาไหม้ในหม้อไอน�้ำพร้อม อากาศร้อน ถ่านหินและหินปูนบดที่ป้อนเข้าไปจะแขวนลอยอยู่ใน คลื่นอากาศร้อน โดยมีลักษณะคล้ายของเหลวเดือด ขณะที่ถ่านหิน เผาไหม้หินปูนจะท�ำหน้ าที่คล้ายฟองน�้ำดักจับก�ำมะถันที่เกิดขึ้น ความร้อนทีเ่ กิดจากการเผาไหม้ถา่ นหินจะน�ำมาต้มน�ำ้ ท�ำให้เกิดไอน�ำ้ เพื่อไปหมุนกังหันของเครื่องก�ำเนิดไฟฟ้า กระบวนการนี้สามารถ ลดปริมาณก�ำมะถันที่จะถูกปล่อยออกมาจากการเผาไหม้ได้มากถึง ร้อยละ 90 นอกจากนี้อุณหภูมิของหม้อไอน�้ำที่ใช้กระบวนการนี้ ยังต�ำ่ กว่าอุณหภูมทิ ใี่ ช้เผาในวิธกี าร Pulverized Fuel (เชือ้ เพลิงบด) ประโยชน์ของการเผาไหม้ที่อุณหภูมิต�่ำ คือช่วยลดปริมาณออกไซด์ ที่เกิดจากไนโตรเจนในเนื้อถ่านหินและในอากาศที่ป้อนเข้าสู่ห้อง เผาไหม้
72
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 2 : ถ่านหิน
ไอเสียสงไป สูเคร�่องดักฝุน
ไซโคลน ดักเถาและ ถานหินที่ เผาไหมไมหมด
เถา
อากาศ
รูปที่ 22 หม้อไอน�้ำแบบ Circulating Fluidized Bed (ชั้นเชื้อเพลิงแบบไหลเวียน) ที่มีไซโคลนดักอนุภาคขนาดใหญ่ เช่น เม็ดถ่านที่เผาไหม้ไม่หมด กลับมาเผาไหม้อีกครั้ง
73
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
ข้อดีและข้อด้อยของหม้อไอน�้ำแบบ Fluidized Bed (ชั้นเชื้อเพลิงไหลเวียน) ข้อดี 1) ใช้ได้กับถ่านหินตั้งแต่ลิกไนต์จนถึง บิทูมินัส 2) ใช้ ไ ด้ กั บ ถ่ า นหิ น ที่ มี ป ริ ม าณเถ้ า ค่อนข้างสูง 3) ขนาดของเม็ดถ่านหินค่อนข้างเล็ก (3-10 มม.) และไม่ต้องคัดหรือบด ให้ได้ขนาดสม�่ำเสมอกัน 4) ประสิทธิภาพการเผาไหม้สงู (95-99%) 5) ประสิทธิภาพความร้อน (Thermal Efficiency) อยูใ่ นเกณฑ์สงู (ประมาณ 85%) 6) อุณหภูมกิ ารเผาไหม้ไม่เกิน 1,000 oC ท�ำให้ไม่เกิด Thermal NOx 7) สามารถลดปริมาณ SOx โดยการ ผสมหินปูนในขณะเผาไหม้ 8) สามารถออกแบบให้ ใ ช้ ร ่ ว มกั บ เชื้อเพลิงชีวมวลได้ 9) การปรับเพิ่มหรือลดก�ำลังการเดิน เครื่องท�ำได้ สะดวก รวดเร็ว 10) ก ารท� ำ งานของเครื่ อ งสามารถใช้ ระบบอัตโนมัติในการป้อนถ่านหิน การก�ำจัดเถ้า และการควบคุม การ เดินเครื่อง
74
ข้อเสีย/ข้อด้อย 1) ถ่านหินก้อนขนาดเล็กกว่า 3 มม. อาจหลุดปลิวออกไปทางปากปล่อง ไอเสีย 2) ใช้ พื้ น ที่ ม าก ต้ อ งมี ง านก่ อ สร้ า ง ตอกเสาเข็ม ใช้เวลาในการเตรียมการ ไม่น้อยกว่า 6-8 เดือน 3) ใช้เงินลงทุนค่อนข้างสูง 4) การเพิ่มหรือขยายจ�ำนวนหม้อไอน�้ำ ในอนาคตท�ำได้ยาก 5) กิ น ไฟมาก ในการขั บ พั ด ลมขนาด ใหญ่หลายตัว 6) เสียงดังมากเวลาเดินเครือ่ ง เนือ่ งจาก พัดลมขนาดใหญ่ต้องใช้ Silencer หรือ Damper ช่วยลดระดับเสียง 7) ขนาดของหม้ อ ไอน�้ ำ ที่ เ หมาะสม ไม่ควรต�่ำกว่า 10 ton/hr และขนาด ทีม่ ปี ระสิทธิภาพการท�ำงานมาตรฐาน อยู่ที่ 35 ตัน/ชม. ขึ้นไป
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 2 : ถ่านหิน
Pressured Fluidized Bed Combustion (การเผาไหม้แบบชั้นเชื้อเพลิง ไหลเวียนภายใต้ความดัน) เป็นการเผาไหม้ถา่ นหินแบบฟลูอดิ ไดซ์เบดภายใต้ความดัน สูง ความร้อนที่ผลิตได้น�ำไปใช้ผลิตไอน�้ำเพื่อขับกังหันไอน�้ำ ส่วนก๊าซร้อนที่ได้มีแรง ดันและอุณหภูมิสูงสามารถน�ำไปขับกังหันก๊าซเพื่อผลิตไฟฟ้าร่วม การผลิตพลังงาน ความร้อนร่วมแบบนี้มีประสิทธิภาพสูง และยังมีการพัฒนาระบบการเผาไหม้ถ่าน หินแบบฟลูอิดไดซ์เบดภายใต้ความดันสูง ชนิดฟองอากาศ (Bubbling Type PFBC)
แปลงถ่านหินให้เป็นพลังงานอื่นที่สะอาดกว่า ถ่านหินสามารถแปลงไปเป็นพลังงานในรูปอื่น เช่น แปลงเป็นก๊าซเชื้อเพลิง หรือก๊าซสังเคราะห์ (Coal Gasification) หรือ แปลงเป็นน�ำ้ มันดิบ (Coal Liquefaction) หรื อ แปรรู ป เป็ น สารผสม เช่ น ถ่ า นหิ น บดผสมน�้ ำ (Coal Water Mixture) เพื่อความสะดวกในการใช้งานได้ แต่เทคโนโลยีที่มีความส�ำคัญที่จะกล่าวถึงเป็น พิเศษคือ การแปลงเป็นก๊ าซสังเคราะห์ (Coal Gasification) เพราะสามารถ น�ำไปผลิตไฟฟ้าในโรงไฟฟ้าระบบวงจรร่วม (Integrated Gasification Combined Cycle – IGCC ซึ่งสามารถผลิตไฟฟ้าได้จากการเผาไหม้ก๊าซสังเคราะห์ในกังหันก๊าซ และน�ำความร้อนทีไ่ ด้ไปต้มน�ำ้ ให้เดือดเพือ่ ขับกังหันไอน�ำ้ เพือ่ ผลิตไฟฟ้าได้อกี ต่อหนึง่ ) ที่มีประสิทธิภาพสูงและน�ำไปผลิตสารเคมีอื่นๆ ได้ Gasifier (เตาปฏิกรณ)
Coal (ถานหิน)
C + H2O = CO + H2
น้ำ อากาศ
Syngas (กาซสังเคราะห)
ASH (ข�้เถา)
รูปที่ 23 การแปลงถ่านหินให้เป็นก๊าซเชื้อเพลิง 75
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
ได้มกี ารคาดการณ์วา่ เทคโนโลยีการแปลงถ่านหินเป็นก๊าซ (Coal Gasification) จะเป็นเทคโนโลยีหลักส�ำหรับการผลิตพลังงานจากถ่านหินในอนาคตต่อจากนีห้ ลายปี เนื่องจากมีข้อได้เปรียบทางด้านสิ่งแวดล้อมมากกว่าการเผาไหม้ถ่านหินโดยตรง กล่าวคือ พลังงานในถ่านหินจะถูกใช้เพื่อผลิตก๊าซเชื้อเพลิงส�ำหรับเผาไหม้และ ขับกังหันก๊าซ และความร้อนที่ได้จากการเผาไหม้ในกังหันก๊าซจะน�ำไปผลิตไอน�้ำ ส�ำหรับขับกังหันไอน�้ำอีกต่อหนึ่ง การผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยวิธีการนี้ จะท�ำให้ได้ ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น ซึ่งหมายถึงการใช้ถ่านหินลดลง มลทินและมลภาวะใน ถ่านหินเช่น ฝุ่น ซัลเฟอร์ แอมโมเนีย ที่ติดมากับก๊าซ ขณะที่ความดันสูง รวมทั้ง ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ จะถูกดักจับและบ�ำบัดได้ง่ายและประหยัดกว่าเทคนิคการ ผลิตไฟฟ้าแบบเดิม นอกจากการน�ำเทคโนโลยีการแปลงถ่านหินเป็นก๊าซมาใช้ในการผลิตไฟฟ้า แล้ว ถ่านหินยังสามารถน�ำไปผลิตเป็นเชื้อเพลิงรูปอื่น หรือ ใช้ผลิตสารเคมีที่มีมูลค่า เพิ่มขึ้นส�ำหรับอุตสาหกรรมได้ เช่น เมทานอล (Methanol) และปุ๋ยแอมโมเนีย
รูปที่ 24 โรงไฟฟ้าระบบ IGCC ในประเทศสเปน
76
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 2 : ถ่านหิน
รูปที่ 25 โรงไฟฟ้า IGCC ในมลรัฐอินเดียนา ประเทศสหรัฐอเมริกา
ก๊าซเชื้อเพลิงจากถ่านหิน หากเราน� ำ กระบวนการแปลงเป็ น ก๊ า ซ (Gasification) มาใช้ เ พื่ อ ผลิ ต ก๊ า ซจากถ่ า นหิ น ก๊ า ซที่ ผ ลิ ต ได้ ซึ่ ง มี อ งค์ ป ระกอบส่ ว นใหญ่ เ ป็ น ก๊ า ซไฮโดรเจน และคาร์บอนมอนอกไซด์ นั้นสามารถน�ำไปใช้ประโยชน์ได้หลายประการ ตั้งแต่ใช้ เป็นก๊าซเชื้อเพลิงส�ำหรับผลิตไฟฟ้า ก๊าซเชื้อเพลิงเพื่อทดแทนก๊าซธรรมชาติ น�ำไป ผลิตสารเคมี หรือผ่านกระบวนการแยกน�ำก๊าซไฮโดรเจนไปใช้กับเซลล์เชื้อเพลิง (Hydrogen Fuel Cells) การผลิตก๊าซจากถ่านหินมีใช้ในหลายประเทศ เช่น ประเทศจีนใช้ก๊าซจากถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงในอุตสาหกรรมผลิตปูนขาว อิฐทนไฟ เครื่ อ งปั ้ น ดิ น เผา กระเบื้ อ งเคลื อ บ และอื่ น ๆ หรื อ ในประเทศสหรั ฐ อเมริ ก า เนเธอร์แลนด์ สเปน และญี่ปุ่น ได้ด�ำเนินโครงการทดสอบโรงไฟฟ้าระบบวงจร ร่วม (Combined cycle) ที่ใช้ก๊าซผลิตจากถ่านหินเป็นเชื้อเพลิง เรียกว่าโรงไฟฟ้า
77
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
ระบบ Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) โดยโรงไฟฟ้าระบบนี้มี แนวโน้มจะเป็นรูปแบบของการผลิตไฟฟ้าจากถ่านหินในอนาคต เนื่องจากเมื่อ เปรี ย บเที ย บกั บ การผลิ ต ไฟฟ้ า ด้ ว ยการเผาไหม้ ถ ่ า นหิ น โดยตรงแล้ ว โรงไฟฟ้ า แบบ IGCC จะมีประสิทธิภาพที่สูงกว่า ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยกว่า มีศักยภาพ ในการเป็นโรงไฟฟ้าที่ผลิตผลิตภัณฑ์อื่นร่วมด้วยได้ รวมทั้งสามารถติดตั้งระบบ แยกก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากก๊าซเชื้อเพลิงเพื่อน�ำไปกักเก็บไว้ใต้ชั้นธรณี แทนที่จะปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ ซึ่งเชื่อว่าเทคนิคนี้จะช่วยบรรเทาปัญหาภาวะ โลกร้อน (Global Warming) ได้
FutureGen: Integrating Function for R&D Program
เซลลเช�้อเพลิง
น้ำ
การกักเก็บกาซ CO2
FutureGen
เตาปฏิกรณ แปลงเช�้อเพลิงเปนกาซ พรอมระบบบำบัด การผลิตกาซ H2 และแยกกาซCO2
กังหัน ประสิทธ�ภาพสูง
ระบบควบคุม
รูปที่ 26 โครงการ FutureGen ของสหรัฐอเมริกา
78
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 2 : ถ่านหิน
1 การดักจับ ทางเร�อ การดักจับกาซ CO2 กอนการเผาไหม
การดักจับกาซ CO2 หลังการเผาไหม
2 การขนสง ทางทอ หัวอัดกาซ CO2
ทางทอ
ชั้นถานหิน
ถังเก็บกาซ CO2 สำรอง
บอน้ำมัน หร�อกาซที่ เหือดแหงแลว
ชั้นน้ำกรอย
3 การกักเก็บ
รูปที่ 27 การแยกและกักเก็บก๊าซ CO2 (Carbon Capture and Sequestration)
79
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
รูปที่ 28 บริษัท Siemens และ GE ต่างก�ำลังพัฒนากังหันก๊าซที่ดีขึ้น ส�ำหรับโรงไฟฟ้าถ่านหินระบบ IGCC
80
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 2 : ถ่านหิน
การควบคุมการปล่อยมลภาวะหลังการเผาไหม้ ภายหลังการเผาไหม้ถ่านหินในห้องเผาไหม้ จะเกิดมลภาวะเช่น ฝุ่นละออง เขม่าควัน ก๊าซซัลเฟอร์ออกไซด์ และไนโตรเจนออกไซด์ ปะปนมากับก๊าซไอเสีย (Flue gas) ด้วย จึงต้องใช้อุปกรณ์ดักจับมลภาวะเหล่ านี้ไว้ไม่ให้ปล่อยออกสู่ บรรยากาศ การดักฝุ่น เถ้าลอย เขม่าควันต่างๆ จะใช้อุปกรณ์ดักฝุ่น ที่ใช้หลักการ ทางไฟฟ้าสถิต หรือกรองด้วยวัสดุกรอง ส�ำหรับก๊าซซัลเฟอร์ออกไซด์ และก๊าซ ไนโตรเจนออกไซด์ กรณีหม้อไอน�้ำไม่สามารถควบคุมการเกิดก๊าซให้โทษ 2 กลุ่มนี้ได้ หรือหากข้อก�ำหนดควบคุมมลพิษทางอากาศมีความเข้มงวดมากขึ้น ก็อาจจะต้อง ติดตั้งระบบก�ำจัดเพิ่มเติม เครื่องดักฝุ่นด้วยไฟฟ้าสถิต (Electrostatic Precipitator - ESP) คืออุปกรณ์ควบคุมมลภาวะฝุ่นละออง ที่ดักจับฝุ่นด้วยวิธีส่งก๊าซไอเสีย (Flue gas) ผ่านแผงวัสดุที่มีประจุไฟฟ้าสถิตอยู่ ฝุ่นละอองขนาดเล็กจะถูกดูดไว้ ด้วยแรงดึงดูดทางไฟฟ้า ท�ำให้ก๊าซไอเสียปลอดจากฝุ่นละอองขนาดเล็กที่อาจเป็น อันตรายต่อสิ่งแวดล้อมได้ เครื่ อ งดั ก ฝุ ่ น ด้ ว ยไฟฟ้ า สถิ ต (หรื อ ESP) สามารถก� ำ จั ด ฝุ ่ น ที่ มี ข นาด 0.01 - >100 ไมครอน (µm) ได้ และมีประสิทธิภาพในการดักจับดีกว่า 99% เป็น เทคโนโลยีที่มีใช้กันอย่างแพร่หลายในโรงไฟฟ้าถ่านหินและในโรงงานอุตสาหกรรม ทั่วไป
81
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI) ขั้วไฟฟาแรงดันสูง แหลงกำเนิดไฟฟา
ขั้วประจ�ไฟฟา เขมา/เถาที่เก็บได แทงประจ�ไฟฟา
กาซไอเสีย จากหมอไอน้ำ
รูปที่ 29 เครื่องดักฝุ่นด้วยไฟฟ้าสถิต (EPS) Fabric Filter (วัสดุกรองแบบเส้นใย) การควบคุมมลภาวะฝุ่นละอองอีกวิธีหนึ่งซึ่งนิยมใช้กันมาก คือการใช้วัสดุ กรอง (ท�ำจากเส้นใยสังเคราะห์หรือโลหะถักพิเศษ) ในการดักกรองฝุ่นขนาดเล็ก (0.01- >100 µm) ซึ่งเทคโนโลยีชนิดนี้มีประสิทธิภาพในการก�ำจัดฝุ่นได้มากกว่า 99% นิยมใช้กันอย่างกว้างขวางในโรงไฟฟ้าถ่านหินและในโรงงานอุตสาหกรรม โดยที่อุณหภูมิของก๊าซไอเสียต้องไม่สูงเกินกว่า 300 องสาเซลเซียส
82
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 2 : ถ่านหิน
Fabric-filter baghouse ระบบสั่นสะเทือน
ชุดติดตั้วถุงกรองฝุุน ถุงกรอง
ทางไหลออก ของอากาศสะอาด ฝุนที่ดักกรองได บนผิวถุงกรอง
ทางเขาอากาศ กอนบำบัด
อุปกรณยึดถุงกรอง
ชองระบายฝุน
รูปที่ 30 เครื่องดักฝุ่นแบบใช้วัสดุกรอง
83
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
Flue Gas Desulfurization – FGD (ระบบก�ำจัดก๊าซซัลเฟอร์ออกไซด์) เป็ น เทคนิ ค การก� ำ จั ด ซั ล เฟอร์ อ อกไซด์ ภ ายหลั ง กระบวนการเผาไหม้ โดยการใช้ ปูนขาว (Lime) หรือหินปูน (Limestone) ที่บดละเอียดผสมกับน�้ำ ซึ่ ง ฉี ด พ่ น เป็ น ละออง เพื่ อ ให้ ก ๊ า ซซั ล เฟอร์ ไ ดออกไซด์ ที่ ป ะปนมาในก๊ า ซไอเสี ย ท�ำปฏิกิริยากับน�้ำปูน กลายเป็น ยิปซัมสังเคราะห์ หรือแคลเซียมซัลเฟต (CaSO4) ซึ่งสามารถน�ำไปใช้เป็นวัสดุก่อสร้างได้ ระบบก�ำจัดฝุ่นแบบ FGD นี้ส่วนมากจะ ติดตั้งในโรงไฟฟ้าหรือโรงงานอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ CO2
(Carbon dioxide)
H 2O
(Water)
SO2
(Sulfur dioxide)
CaCO3
(Calcium carbonate, limestone)
O2
CaSO4 •2H2O
(Calcium sulfate, gypsum)
(Oxygen)
SO2 + CaCO3 + ½O2 + H2O
CaSO4 •2H2O + CO2
FGD Gypsm รูปที่ 31 หลักการท�ำงานของระบบก�ำจัดก๊าซซัลเฟอร์ออกไซด์ (FGD)
84
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 2 : ถ่านหิน
การบ�ำบัดโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา [Selective Catalytic Reduction (SCR)] และ การบ�ำบัดโดยไม่ใช่ตวั เร่งปฏิกริ ยิ า [Selective Non Catalytic Reduction (SNCR)] ทั้ง SCR และ SNCR เป็นวิธีการก�ำจัดก๊าซไนโตรเจนออกไซด์ (NOx) ที่เกิด ขึ้นภายหลังการเผาไหม้ถ่านหินในหม้อไอน�้ำ โดยใช้สารเคมีคือ แอมโมเนีย (NH3) เพื่อท�ำปฏิกิริยากับก๊าซ NOx เกิดเป็นก๊าซไนโตรเจน (N2) และน�้ำ โดยปกติแล้ว ระบบก�ำจัดก๊าซ NOx โดยวิธี SCR และ SNCR นี้ จะติดตั้งกับหม้อไอน�้ำขนาดใหญ่ ส�ำหรับการผลิตไฟฟ้า (Utility boiler) เพื่อการควบคุมก๊าซ NOx ที่เข้มงวดมากขึ้น กระบวนการก�ำจัดก๊าซไนโตรเจนออกไซด์ (NOx) แบบ SCR จะท�ำงานใน จุดที่มีอุณหภูมิต�่ำและใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา (Catalyst) โดยการฉีดพ่นแอมโมเนีย (NH3) ผสมไปกับก๊าซไอเสียจากหม้อไอน�้ำ โดยแอมโมเนียจะท�ำปฏิกิริยากับก๊าซ NOx ใน ก๊าซไอเสียที่ชั้นตัวเร่งปฏิกิริยา ส่วนกระบวนการก�ำจัดก๊าซ NOx แบบ SNCR นั้น จะท�ำงานที่อุณหภูมิสูงโดยไม่ต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา โดยสามารถฉีดพ่นแอมโมเนีย เข้าไปในส่วนบนของห้องเผาไหม้โดยตรง ปลองระบาย
SCR ชั้นตัวเรงปฏิกิร�ยา
N 2 , H2 O
NH3
ไอเสีย
อุปกรณ บำบัดกาซ NOx
NOx
รูปที่ 32.1 ระบบบ�ำบัดก๊าซไนโตรเจนออกไซด์
85
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
SNCR
น้ำกรอยหลอเย็น
หัวพน สารเคมี
แอมโมเนีย อุปกรณผสม อากาศสำหรับ การผสมใหเจ�อจาง
AH
SAH FDF พัดลมแรงดันสูง
รูปที่ 32.2 ระบบบ�ำบัดก๊าซไนโตรเจนออกไซด์
การใช้ประโยชน์ของเหลือทิ้ง
การผลิตพลังงานจากถ่านหินจะเกิดของเหลือ (By-products) บางอย่างทีไ่ ด้ จากกระบวนการเผาไหม้ ที่ส�ำคัญ ได้แก่ เถ้าลอย (Fly Ash) และ เถ้าหนัก (Bottom Ash) ยิปซัมสังเคราะห์จากกระบวนการก�ำจัดซัลเฟอร์ (FGD Gypsum) ส่วนระบบ ที่ผลิตก๊าซเชื้อเพลิงจากถ่านหินจะมีของเหลือทิ้งที่ส�ำคัญ ได้แก่ เถ้าลอย (Fly Ash) แสลก (Molten Slag) ซัลเฟอร์ หรือกรดซัลฟิวริก (Sulfuric Acid) ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงได้คิดค้นวิธีการน�ำของเหลือต่างๆ มาใช้ให้เกิด ประโยชน์ แทนที่จะทิ้งเป็นของเสีย (Waste) ไป ซึ่งในปัจจุบัน เถ้าลอยและเถ้าหนัก สามารถน�ำไปใช้ประโยชน์ในการผลิต ซีเมนต์ วัสดุก่อสร้าง หรือใช้ในงานก่อสร้าง ท�ำถนน ส่วนยิปซัมสังเคราะห์ใช้เป็นส่วนผสมในการผลิตปูนซีเมนต์ คอนกรีต อิฐ และแผ่นกระดาน (Board) หลายชนิดส�ำหรับงานก่อสร้าง รวมทั้งใช้ในการเกษตร ส�ำหรับปรับปรุงหรือปรับสภาพดิน เป็นต้น 86
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 2 : ถ่านหิน
ยิปซัมสังเคราะห์จากกระบวนการดักก๊าซซัลเฟอร์
รูปที่ 33 วัสดุก่อสร้างที่มีเถ้าถ่านหินเป็นส่วนประกอบในการผลิต
87
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
ผงซัลเเฟอร์
เถ้าหนัก
เถ้าลอย
สแลก (Slag)
รูปที่ 34 การใช้ประโยชน์จากของเหลือทิ้งจากถ่านหิน
88
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 2 : ถ่านหิน
อิฐมวลเบาที่มีเถ้าลอยเป็นส่วนประกอบในการผลิต
89
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
เถ้าลอยจากการเผาไหม้ถ่านหิน มีสารซัลเฟอร์ แคลเซียม และซิลิกา สามารถใช้เพื่อปรับปรุงดิน ให้เหมาะสมส�ำหรับการเพาะปลูกได้
90
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 2 : ถ่านหิน
สรุปการจัดการลดมลภาวะจากการใช้ถ่านหิน มลภาวะ
การจัดการ ฝุ่น - ใช้อุปกรณ์ดักฝุ่น - ใช้หม้อไอน�้ำแบบ Fluidized Bed ก๊าซออกไซด์ของซัลเฟอร์ (SOx) - ใช้ถ่านหินที่มีซัลเฟอร์น้อย - ใช้ ห ม้ อ ไอน�้ ำ ที่ มี ก ลไกดั ก จั บ ก๊ า ซ SOx ขณะเผาไหม้ได้ในตัว - ติดตั้งระบบดักจับซัลเฟอร์เพิ่มเติม ก๊าซออกไซด์ของไนโตรเจน (NOx) - ใช้ Low NOx Burner (หัวเผาชนิดพิเศษ) - ใช้หม้อไอน�้ำแบบ Fluidized Bed - ใช้หม้อไอน�้ำที่มีกลไกและเทคนิคในการ ลดการเกิ ด ก๊ า ซ NOx ได้ และสามารถ ควบคุมสภาวะต่างๆ ในการเผาไหม้ได้ - ติดตั้งอุปกรณ์ควบคุมหลังการเผาไหม้ ของเสีย ส่งเสริมให้เกิดการน�ำเถ้าและสแลก (Slag) ไปใช้ประโยชน์
แนวโน้มการพัฒนาเทคโนโลยีถ่านหินสะอาดในอนาคต ประเทศผู้พัฒนาเทคโนโลยีถ่านหิน เช่น สหรัฐอเมริกา สหราชอาณาจักร ญี่ ปุ ่ น ในระยะยาวต่ า งมี เ ป้ า หมายในการพั ฒ นาวงจรการใช้ ป ระโยชน์ ถ ่ า นหิ น อย่างรักษาสิ่งแวดล้อม มีกระบวนการดักจับมลภาวะต่างๆ ได้เกือบทั้งหมดหรือ ทั้งหมด (Zero-Emissions) ดังนั้น ทิศทางการพัฒนาระบบที่ใช้การเผาไหม้ถ่านหิน โดยตรง ซึ่งใช้เทคโนโลยีการเผาไหม้แบบ Pulverized Combustion (เชื้อเพลิงบด) และแบบ Fluidized Bed Combustion (ชั้นเชื้อเพลิงไหลเวียน) การวิจัยและ
91
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
พัฒนาจะเน้นการปรับปรุงและคิดค้นวัสดุที่สามารถทนแรงดันไอน�้ำที่มีความดัน และอุณหภูมิสูงขึ้นถึงระดับ Super-critical (สูงกว่าความดันวิกฤต) และระดับ Ultra-Supercritical (สูงกว่าความดันวิกฤตอย่างมาก) ส่วนทิศทางการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีที่มีการผลิตก๊าซ (Gasification) เป็ น แกนนั้ น จะเน้ น การปรั บ ปรุ ง กั ง หั น ก๊ า ซที่ มี ป ระสิ ท ธิ ภ าพสู ง ขึ้ น และอายุ การใช้ ง านที่ ย าวนานขึ้ น การก� ำ จั ด ก๊ า ซกรดและมลภาวะอื่ น ๆ ออกจากก๊ า ซ เชื้อเพลิงที่มีต้นทุนที่ต�่ำลง การผลิตก๊าซออกซิเจนส�ำหรับป้อนกังหันก๊าซที่มีต้นทุน ที่ไม่สูงจนเกินไป นอกจากการใช้ก๊าซเชื้อเพลิงจากถ่านหินเพื่อการผลิตไฟฟ้าและ ไอน�้ำในระบบวงจรร่วม (Integrated Gasification Combined Cycle) แล้ว เรายังสามารถใช้เพื่อผลิตผลิตภัณฑ์อื่นๆ ด้วย เช่น สารเคมี น�้ำมันสังเคราะห์ เชื้อเพลิง Dimethyl Ether (DME) และไฮโดรเจน เป็นต้น โดยมีระบบการแยก และกักเก็บก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (Carbon Capture and Storage) เพื่อไม่ให้ ปล่อยสู่บรรยากาศ และมีการใช้ประโยชน์ของเสียและของเหลือทิ้งจากกระบวน การผลิตต่างๆ มากขึ้น ส่วนแนวโน้มการพัฒนาเทคโนโลยีถา่ นหินส�ำหรับโรงงานอุตสาหกรรมขนาด ย่อมถึงขนาดกลางในประเทศ จะใช้หม้อไอน�้ำแบบ Fluidized Bed Combustion (ชั้นเชื้อเพลิงไหลเวียน) ร่วมกับอุปกรณ์ดักฝุ่น ในโรงงานที่ต้องการใช้ไอน�้ำมากกว่า 35 ตันต่อชั่วโมง หรือใช้หม้อไอน�้ำแบบ Pulverized Coal Combustion (การเผา ไหม้แบบถ่านหินบด)ขนาดเล็กร่วมกับอุปกรณ์ดักฝุ่น ในโรงงานที่ต้องการใช้ไอน�้ำ ตั้งแต่ 2- 10 ตันต่อชั่วโมง แทนที่การใช้หม้อไอน�้ำแบบตะกรับเคลื่อนที่ (Traveling Grate Boiler) เนื่องจากหม้อไอน�้ำทั้ง 2 แบบ มีประสิทธิภาพที่สูง และควบคุม มลภาวะได้ในตัวโดยไม่ต้องติดตั้งระบบก�ำจัดซัลเฟอร์เพิ่มเติม
92
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 2 : ถ่านหิน
รูปที่ 35 หม้อไอน�้ำแบบ Pulverized Coal Combustion ขนาดเล็ก
93
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
ส�ำหรับโรงงานผลิตปูนขาวหรือกระเบือ้ งเซรามิกซึง่ เดิมใช้นำ�้ มันเตาหรือก๊าซ แอลพีจีหรือก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงนั้น สามารถใช้อุปกรณ์ Gasifier ขนาดเล็ก เพื่อผลิตก๊าซเชื้อเพลิงจากถ่านหิน แทนการใช้ก๊าซแอลพีจีแบบเดิม ซึ่งช่วยลดต้นทุน เชื้อเพลิงลงได้ราวกึ่งหนึ่ง
รูปที่ 36 การใช้ก๊าซผลิตจากถ่านหินกับเตาเผาปูนขาวในประเทศจีน
94
พลังงานถ่านหิน
ตอนที่ 2 : ถ่านหิน
บทสรุป น้องๆ จะเห็นว่าเรื่องพลังงานเป็นสิ่งที่มีอยู่ในธรรมชาติ พลังงานส่วนมาก มีก�ำเนิดมาจากดวงอาทิตย์ พลังงานมีหลายรูปแบบเช่น พลังงานเคมี พลังงาน ความร้อน พลังงานกล และพลังงานไฟฟ้า พลังงานเหล่านี้สามารถเปลี่ยนรูปแบบได้ แต่จะสูญเสียประสิทธิภาพไปบ้าง มนุษย์เรารู้จักน�ำพลังงานมาใช้งานมานานหลาย พันปีแล้ว เช่น พลังงานลมและพลังงานจากน�้ำ แต่ในสังคมเมืองยุคใหม่ พลังงาน ไฟฟ้าเป็นเรื่องที่ใกล้ตัวซึ่งเราจ�ำเป็นต้องพึ่งพาในชีวิตประจ�ำวัน เพื่อความเป็นอยู่ ที่ดีขึ้น และเพื่อการพัฒนาประเทศในระยะยาว การผลิตไฟฟ้าสามารถท�ำได้หลายวิธีหรือหลายเทคโนโลยี แต่ละเทคโนโลยี ต่างก็มีข้อเด่น - ข้อด้อยไม่เหมือนกัน บางเทคโนโลยีก็อาจยังต้องพัฒนาปรับปรุง เพื่อให้สามารถแข่งขันกับเทคโนโลยีอื่นได้ ทั้งในเรื่องต้นทุน (เศรษฐศาสตร์) และ ในเรื่องการลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม การจะก�ำหนดกรอบนโยบายเรื่องการจัดหาและใช้พลังงานของประเทศนั้น เราจะพิจารณาเพียงประเด็นเดียวหรือบางประเด็นไม่ได้ ต้องให้ความส�ำคัญกับ ทุกประเด็น คือ ประเด็นด้านเศรษฐศาสตร์ ด้านความปลอดภัยและสิ่งแวดล้อม ด้านความมั่นคงทางพลังงานของประเทศ และด้านความพร้อมของเทคโนโลยี แต่ จ ะให้ ค วามส� ำ คั ญ กั บ ประเด็ น ทั้ ง หมดเท่ า กั น หรื อ ไม่ อ ย่ า งไรนั้ น ขึ้ น อยู ่ กั บ เหตุการณ์เฉพาะของประเทศ ณ ขณะนั้นว่า เป็นอย่างไร และผู้ก�ำหนดนโยบาย มีเป้าหมายอะไร ถึงแม้ว่าโรงไฟฟ้าพลังความร้อนที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น น�้ำมัน ก๊าซ และถ่ า นหิน ซึ่ง ปริมาณส�ำรองก�ำลัง จะหมดไป จะไม่สามารถผลิตไฟฟ้าให้เรา ใช้ได้ตลอดไป แต่โรงไฟฟ้าประเภทนี้ก็ยังเป็นโรงไฟฟ้าหลักที่ผลิตไฟฟ้าให้เราได้ใช้ อย่างเพียงพอ ไม่ขาดแคลน การจะเปลี่ยนไปพึ่งพาโรงไฟฟ้าที่มีแหล่งก�ำเนิดพลังงาน มาจากพลังงานหมุนเวียน เช่น พลังแสงอาทิตย์ พลังลม หรือ พลังคลื่นในมหาสมุทร
95
สถาบันวิจัยพลังงาน จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย Energy Research Institute (ERI)
อาจจ�ำเป็นต้องรอความพร้อมของการพัฒนาเทคโนโลยีด้วย ที่ส�ำคัญเราจ�ำเป็นต้อง สร้างความมั่นคงทางพลังงานของประเทศโดยกระจายแหล่งพลังงานให้เหมาะสม ไม่พึ่งพาพลังงานใดพลังงานหนึ่งมากจนเกินไป ถ่านหินเป็นเชือ้ เพลิงฟอสซิลชนิดหนึง่ ทีส่ ำ� คัญไม่แพ้นำ�้ มันและก๊าซธรรมชาติ เกิดจากการทับถมเน่าเปื่อยของซากพืชภายใต้อุณหภูมิและแรงกดดันที่สูงนาน หลายล้านปี ถ่านหินสามารถจ�ำแนกตามลักษณะกายภาพและค่าความร้อนได้เป็น 4 ประเภท ได้แก่ ลิกไนต์ ซับบิทูมินัส บิทูมินัส และแอนทราไซต์ แหล่งก�ำเนิดของ ถ่านหินที่แตกต่างกันท�ำให้องค์ประกอบของเนื้อถ่านหินอาจแตกต่างกันบ้าง เช่น ปริมาณซัลเฟอร์ เถ้า และสารเคมีอื่นๆ มนุษย์เรารู้จักน�ำถ่านหินมาใช้ประโยชน์ เมื่อราว 200 ปีที่ผ่านมา ส่วนมากน�ำมาเผาแทนไม้ฟืนเพื่อให้ความร้อน แม้ ว ่ า ถ่ า นหิ น จะเป็ น เชื้ อ เพลิ ง ทางเลื อ กในการผลิ ต ไฟฟ้ า ของหลายๆ ประเทศในโลก เนื่องจากข้อได้เปรียบเรื่องราคาและปริมาณส�ำรอง แต่การใช้ ประโยชน์จากถ่านหินนั้น จ�ำเป็นที่ต้องใช้อย่างรับผิดชอบ เทคโนโลยีถ่านหินสะอาด ซึ่งประกอบด้วยเทคโนโลยีก่อนการเผาไหม้ เทคโนโลยีการเผาไหม้ และเทคโนโลยี หลังการเผาไหม้ช่วยให้เราสามารถน�ำถ่านหินมาใช้ประโยชน์อย่าง มีประสิทธิภาพ และลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมในระดับที่สามารถยอมรับได้ ปัจจุบัน ประเทศไทย ได้ มี ก ารน� ำ เทคโนโลยี ถ ่ า นหิ น สะอาดมาใช้ แ ล้ ว ในหลายอุ ต สาหกรรม เช่ น ใน อุตสาหกรรมผลิตปูนซีเมนต์ อุตสาหกรรมกระดาษ อุตสาหกรรมแปรรูปอาหาร และเคมีภัณฑ์ ซึ่งประสบผลส�ำเร็จ สามารถลดต้นทุนการผลิต และยังช่วยรักษา สิ่งแวดล้อมของชุมชนไว้ได้เป็นอย่างดีอีกด้วย การพัฒนาเทคโนโลยีถ่านหินสะอาดอย่างต่อเนื่อง และส่งเสริมให้เกิด การใช้อย่างแพร่หลาย จะเป็นเครื่องมือส�ำคัญที่ช่วยให้การใช้ถ่านหินได้รับการ ยอมรับจากสังคมในที่สุด ในสถานการณ์ปัจจุบันที่น�้ำมันมีราคาแพง ถ่านหินจึงเป็นพลังงานทางเลือก ที่น่าสนใจ ส�ำหรับวันนี้และอนาคต
96