ประเภทอุปกรณ์ที่ใช้ในการผลิตพลังงานคลื่นทะเล

“พลังงานคลื่นทะเล”  หมายถึง พลังงานของคลื่นผิวมหาสมุทร และการจับพลังงานเหล่านั้นมาใช้งานให้เกิดประโยชน์ ซึ่งรวมถึงการผลิตไฟฟ้า การแยกเกลือออกจากน้ำ และการสูบน้ำ พลังงานคลื่นเป็นพลังงานที่ไม่มีวันหมดรูปแบบหนึ่ง การผลิตไฟฟ้าจากคลื่นยังไม่ใช่เทคโนโลยีที่แพร่หลาย และยังไม่มีการสร้างฟาร์มคลื่นในเชิงพาณิชย์

ประเภทอุปกรณ์ที่ใช้ในการผลิตพลังงานคลื่นทะเล

ในการนำพลังงานจากคลื่นมาใช้มีอยู่ 2 ประเภทได้แก่

  • แบบอยู่กับที่ (Fixed)
  • แบบลอย (Floating)

1. อุปกรณ์ผลิตพลังงานจากคลื่นแบบอยู่กับที่ (Fixed Generating Devices) มีอยู่ 2 แบบด้วยกันคือ

  • แบบอยู่กับที่ นิยมติดตั้งบริเวณแหลมที่ยื่นออกไปในทะเล และชายฝั่ง (Oscillating Water Column) มีกระบวนการทำงาน 2 ขั้นตอนด้วยกัน คือ
    • เมื่อคลื่นเข้าไปในอุปกรณ์ตามแนวตั้ง แรงอัดอากาศในแนวตั้งจะสูงขึ้น
    • เมื่อคลื่นลดระดับลงอากาศจะถูกดันให้ไหลกลับผ่านกังหันเพื่อลดแรงอัดในอุปกรณ์แนวตั้งนี้
  • นิยมติดตั้งบริเวณหน้าผาหรือช่องแคบที่มีความสูงของคลื่นคงที่ (Tapchan หรือ ระบบ Tapered Channel) มักจะติดตั้งบริเวณหน้าผา บริเวณช่องแคบจะเป็นสาเหตุให้ยอดคลื่นสูงขึ้น เมื่อคลื่นเหล่านี้ผ่านเข้าไปในหน้าผาระดับของน้ำทะเลในหน้าผาจะสูงขึ้นจากผิวน้ำทะเลมาก พลังงานจลน์ของคลื่นที่เคลื่อนที่เข้าไปในหน้าผาจะถูกเปลี่ยนไปเป็นพลังงานศักดิ์ ซึ่งเกิดจากน้ำทะเลที่ไหลออกมาทางกังหันด้านขวามือ

2. อุปกรณ์ผลิตพลังงานจากคลื่นแบบลอย (Floating Devices) Salter’s Duck ถูกคิดค้นโดยสตีเฟ่น ซอลเทอร์ เพื่อตอบสนองการขาดแคลนน้ำมันในช่วงทศวรรษที่ 1970 และยังเป็นที่รู้จักในอีกชื่อหนึ่งว่า Nodding duck หรือชื่ออย่างเป็นทางการของมันก็คือ Edinburgh duck ซึ่งสร้างไฟฟ้าจากการเคลื่อนที่กลับไปมาของอุปกรณ์ที่ลอยอยู่ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบหมุนนี้จะแปลงพลังงานไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยรวมถึง 90 เปอร์เซ็นต์

 

หลักการผลิตกระแสไฟฟ้าจากพลังงานคลื่นทะเล

การเปลี่ยนพลังงานคลื่นในทะเลเป็นไฟฟ้า อาจแบ่งได้เป็น 2 ขั้นหลักๆ ดังนี้

  • การรวมพลังงานจากคลื่นเล็ก
  • การนำพลังงานนั้นมาเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า

 

โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำทะเล

น้ำทะเลจะถูกสัมผัสกับแสงแดดโดยตรง ดังนั้นที่ผิวหน้าของน้ำทะเลก็จะมีอุณหภูมิสูงกว่าน้ำทะเลที่อยู่ลึกลงไป น้ำทะเลจะเกิดคลื่นซัดไปมา ซึ่งเกิดจากโลกหมุนรอบตัวเองและลมที่พัดผ่านไปมา และน้ำทะเลจะมีน้ำขึ้นน้ำลง ซึ่งเกิดจากแรงดึงดูดของดวงอาทิตย์และดวงจันทร์ปรากฎการณ์ธรรมชาติจากน้ำทะเลทั้งสามปรากฎการณ์จึงถูกนำมาใช้ทำการผลิตพลังงานไฟฟ้า ซึ่งได้แก่

1. โรงไฟฟ้าจากอุณหภูมิที่แตกต่างกันของน้ำทะเล

ภาพแสดงการทำงานของโรงไฟฟ้าจากอุณหภูมิที่แตกต่างกันของน้ำทะเล

ผิวหน้าของน้ำทะเลจะสัมผัสกับแสงแดดโดยตรง ทำให้มีอุณหภูมิสูงกว่าน้ำทะเลที่อยู่ลึกลงไป น้ำทะเลที่อยู่ผิวหน้าจะถูกดูดเข้าในชุดทำให้กลายเป็นไอ ได้ไอน้ำที่มีแรงดันต่ำไหลเข้าไปขับดันเครื่องกังหันไอน้ำ

2. โรงไฟฟ้าจากคลื่นทะเล

ภาพแสดงการทำงานของโรงไฟฟ้าจากคลื่นทะเล

ประสิทธิภาพของการผลิตพลังงานไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับการกระทำคลื่นในทะเลซึ่งในปัจจุบันมีการออกแบบการใช้พลังงานจากคลื่นในหลายๆ แบบ

3. โรงไฟฟ้าจากน้ำขึ้นน้ำลงของน้ำทะเล โดยการสร้างเขื่อนกั้นขึ้นมา และจะมีกังหันและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอยู่ภายในขื่อนเมื่อน้ำทะเลขึ้น น้ำทะเลภายนอกเขื่อนก็จะไหลเข้าเขื่อน ทำให้กังหันหมุน และพาเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมุนจ่ายพลังงานไฟฟ้าออกมา และเมื่อน้ำทะเลลง น้ำทะเลภายในเขื่อนจะไหลออกจากเขื่อน

 

เทคโนโลยีพลังงานคลื่นทะเล

ในประเทศไทยยังไม่มีศักยภาพในการนำพลังงานจากอุณหภูมิของทะเลมาใช้ เป็นเทคโนโลยีที่เปลี่ยนรังสีความร้อนจากดวงอาทิตย์ไปเป็นพลังงานไฟฟ้าระดับพลังงานจากอุณหภูมิของทะเลอาศัยหลักที่ทะเลหรือมหาสมุทรมีการแบ่งชั้นความร้อนตามธรรมชาติ

ระดับพลังงานจากอุณหภูมิของทะเลประกอบไปด้วย 3 แบบด้วยกันคือ แบบวงจรปิด แบบวงจรเปิด และแบบไฮบริด

1. ระบบแบบวงจรปิด (Close-cycle system) มีหลักการทำงานจากการแลกเปลี่ยนความร้อนจากผิวน้ำทะเลที่อุ่น ซึ่งเป็นสาเหตุให้ของบเหลวทำงาน (Working Fluid) เช่น แอมโมเนียซึ่งจะถูกทำให้เดือดที่อุณหภูมิประมาณ 20 องศาร์ C. ที่ความดันบรรยากาศ จนกลายเป็นไอ ไอที่ขยายตัวนี้ จะไปขับกังหันที่ต่อเข้ากับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า น้ำทะเลที่เย็นจะไหลผ่านเข้าไปในคอนเด็นเซอร์ ซึ่งทำหน้าที่เปลียนไอของของเหลวทำงานกลับไปเป็นของเหลวอีกครั้งและวนการทำงานทั้งหมดเป็นวงจรปิด

ภาพตัวอย่างพลังงานแบบวงจรปิด

2. ระบบแบบวงจรเปิด (Open cycle system) มีหลักการทำงานจากการที่ใช้น้ำพผิวทะเลที่อุ่นเป็นของเหลว ทำงานน้ำจะถูกทำให้กลายเป็นไอในสภาพเกือบเป็นสูญญากาศ ที่อุณหภูมิผิวน้ำ ไอน้ำที่ขยายตัวขึ้นจะเป็นตัวขับกังหันความดันต่ำที่ต่อเข้ากับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ไอน้ำที่ไม่มีเกลือและเกือบจะเป็นน้ำบริสุทธิ์จะกลั่นตัวเป็นของเหลวอีกครั้งจากการนำไปผึ่งกับอุณหภูมิเย็นของน้ำทะเลลึก ถ้าการกลั่นตัวไม่ได้เกิดจากการสัมผัสกันโดยตรงของไอน้ำกับน้ำทะเล น้ำที่เกิดจากการกลั่นตัวนี้ สามารถนำไปใช้ดื่มกิน หรือใช้ในการชลประทานได้
ถ้าเกิดการสัมผัสกันโดยตรงระหว่างไอน้ำกับน้ำทะเลลึก การกลั่นตัวจะสร้างไฟฟ้าได้มากกว่าแต่ไอน้ำที่ผสมกับน้ำทะเลลึกจะกลายเป็นน้ำที่เค็มขึ้น หลังจากการผสมนี้ จะถูกปล่อยกลับลงสู่ทะเลกระบวนทั้งหมดจะเกิดขึ้นซ้ำเป็นวงจร โดยต้องจ่ายน้ำจากผิวทะเลเข้าไปอย่างต่อเนื่อง

ภาพตัวอย่างพลังงานแบบวงจรเปิด

3. แบบระบบไฮบริด เป็นระบบที่ผสมระหว่างระบบแบบวงจรปิดและระบบวงจรเปิด เพื่อสร้างไฟฟ้าและน้ำบริสุทธิ์ในปริมาณที่เหมาะสม

 

ที่มา : www.reca.or.th