พลังงานคลื่นทะเล
พลังงานคลื่นทะเล
(Ocean Tidal Energy)
ภาพ คลื่นมหาสมุทร (Wave Energy) เป็นแหล่งพลังงานที่สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้
แหล่งที่มาhttp://t3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQO2eGljuTZ3zucvWEhlXX7VaRz1p6qQ3PSs0pdLvjGnfGtM2cx
ความหมายของพลังงานคลื่นทะเล
พลังงานคลื่นทะเล (Ocean Tidal Energy) หมายถึง พลังงานของคลื่นผิวมหาสมุทร และการจับพลังงานเหล่านั้นมาใช้งานให้เกิดประโยชน์ ซึ่งรวมถึงการผลิตไฟฟ้า การแยกเกลือออกจากน้ำ และการสูบน้ำ พลังงานคลื่นเป็นพลังงานที่ไม่มีวันหมดรูปแบบหนึ่ง การผลิตไฟฟ้าจากคลื่นยังไม่ใช่เทคโนโลยีที่แพร่หลาย และยังไม่มีการสร้างฟาร์มคลื่นในเชิงพาณิชย์
ประเภทอุปกรณ์ที่ใช้ในการผลิตพลังงานคลื่นทะเล
ในการนำพลังงานจากคลื่นมาใช้มีอยู่ 2 ประเภทได้แก่
1.แบบอยู่กับที่ (Fixed)
2.แบบลอย (Floating)
1.อุปกรณ์ผลิตพลังงานจากคลื่นแบบอยู่กับที่ (Fixed Generating Devices) มีอยู่ 2 แบบด้วยกันคือ
1.1)แบบอยู่กับที่ นิยมติดตั้งบริเวณแหลมที่ยื่นออกไปในทะเล และชายฝั่ง (Oscillating Water Column)
ภาพ Oscillating Water Column
แหล่งที่มาhttp://t0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcToOwH1kmklqTovBzNG-UQFQE6kNVduu_xO3SjDQufkh7rPf1ocFQ
มีกระบวนการทำงาน 2 ขั้นตอนด้วยกัน คือ
1.เมื่อคลื่นเข้าไปในอุปกรณ์ตามแนวตั้ง แรงอัดอากาศในแนวตั้งจะสูงขึ้น
2.เมื่อคลื่นลดระดับลงอากาศจะถูกดันให้ไหลกลับผ่านกังหันเพื่อลดแรงอัดในอุปกรณ์แนวตั้งนี้
1.2) นิยมติดตั้งบริเวณหน้าผาหรือช่องแคบที่มีความสูงของคลื่นคงที่ (Tapchan หรือ ระบบ Tapered Channel)
ภาพ Tapchan หรือ ระบบ Tapered Channel
แหล่งที่มาhttp://t3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQBEHshFi433jOKN_vCEWoTDCHzgVO91GkGAw5LKd53Mych6MlsAA
มักจะติดตั้งบริเวณหน้าผา บริเวณช่องแคบจะเป็นสาเหตุให้ยอดคลื่นสูงขึ้น เมื่อคลื่นเหล่านี้ผ่านเข้าไปในหน้าผาระดับของน้ำทะเลในหน้าผาจะสูงขึ้นจากผิวน้ำทะเลมาก พลังงานจลน์ของคลื่นที่เคลื่อนที่เข้าไปในหน้าผาจะถูกเปลี่ยนไปเป็นพลังงานศักดิ์ ซึ่งเกิดจากน้ำทะเลที่ไหลออกมาทางกังหันด้านขวามือ
2.อุปกรณ์ผลิตพลังงานจากคลื่นแบบลอย (Floating Devices)
ภาพ ฟาร์ม Salter’s Duck
แหล่งที่มาhttp://t3.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTbhJ7P_L4RqZFAPpBQQRvH6h1H6O5qs-dLlZradawMu9Gbz10
Salter’s Duck ถูกคิดค้นโดยสตีเฟ่น ซอลเทอร์ เพื่อตอบสนองการขาดแคลนน้ำมันในช่วงทศวรรษที่ 1970 และยังเป็นที่รู้จักในอีกชื่อหนึ่งว่า Nodding duck หรือชื่ออย่างเป็นทางการของมันก็คือ Edinburgh duck ซึ่งสร้างไฟฟ้าจากการเคลื่อนที่กลับไปมาของอุปกรณ์ที่ลอยอยู่ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบหมุนนี้จะแปลงพลังงานไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยรวมถึง 90 เปอร์เซ็นต์
หลักการผลิตกระแสไฟฟ้าจากพลังงานคลื่นทะเล
การเปลี่ยนพลังงานคลื่นในทะเลเป็นไฟฟ้า อาจแบ่งได้เป็น 2 ขั้นหลักๆ ดังนี้
1.การรวมพลังงานจากคลื่นเล็ก
2.การนำพลังงานนั้นมาเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า
โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำทะเล
น้ำทะเลจะถูกสัมผัสกับแสงแดดโดยตรง ดังนั้นที่ผิวหน้าของน้ำทะเลก็จะมีอุณหภูมิสูงกว่าน้ำทะเลที่อยู่ลึกลงไป น้ำทะเลจะเกิดคลื่นซัดไปมา ซึ่งเกิดจากโลกหมุนรอบตัวเองและลมที่พัดผ่านไปมา และน้ำทะเลจะมีน้ำขึ้นน้ำลง ซึ่งเกิดจากแรงดึงดูดของดวงอาทิตย์และดวงจันทร์
ปรากฎการณ์ธรรมชาติจากน้ำทะเลทั้งสามปรากฎการณ์จึงถูกนำมาใช้ทำการผลิตพลังงานไฟฟ้า ซึ่งได้แก่
1.โรงไฟฟ้าจากอุณหภูมิที่แตกต่างกันของน้ำทะเล
ภาพแสดงการทำงานของโรงไฟฟ้าจากอุณหภูมิที่แตกต่างกันของน้ำทะเล
แหล่งที่มาhttp://2.bp.blogspot.com/_nEeeHa3Der8/TLq6LXjLk5I/AAAAAAAAAJs/Xo0HHjROYNE/s320/closedotecmj1.jpg
ผิวหน้าของน้ำทะเลจะสัมผัสกับแสงแดดโดยตรง ทำให้มีอุณหภูมิสูงกว่าน้ำทะเลที่อยู่ลึกลงไป น้ำทะเลที่อยู่ผิวหน้าจะถูกดูดเข้าในชุดทำให้กลายเป็นไอ ได้ไอน้ำที่มีแรงดันต่ำไหลเข้าไปขับดันเครื่องกังหันไอน้ำ
2.โรงไฟฟ้าจากคลื่นทะเล
ภาพแสดงการทำงานของโรงไฟฟ้าจากคลื่นทะเล
แหล่งที่มาhttp://t2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcT-jW-tyQei_fF45S5JgJVBdUU5mdPd-64FcluRoFNlt5sG2fVQ
ประสิทธิภาพของการผลิตพลังงานไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับการกระทำคลื่นในทะเลซึ่งในปัจจุบันมีการออกแบบการใช้พลังงานจากคลื่นในหลายๆ แบบ
3.โรงไฟฟ้าจากน้ำขึ้นน้ำลงของน้ำทะเล
ภาพแสดงการทำงานของโรงไฟฟ้าน้ำขึ้นน้ำลงของน้ำทะเล
แหล่งที่มาhttp://t2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTAFPX4xGdhZfQ4P_BnHos2QW33IeKD5wP9oapdtjqPV1JE4CzZkA
โดยการสร้างเขื่อนกั้นขึ้นมา และจะมีกังหันและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอยู่ภายในขื่อนเมื่อน้ำทะเลขึ้น น้ำทะเลภายนอกเขื่อนก็จะไหลเข้าเขื่อน ทำให้กังหันหมุน และพาเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมุนจ่ายพลังงานไฟฟ้าออกมา และเมื่อน้ำทะเลลง น้ำทะเลภายในเขื่อนจะไหลออกจากเขื่อน
เทคโนโลยีพลังงานคลื่นทะเล
ในประเทศไทยยังไม่มีศักยภาพในการนำพลังงานจากอุณหภูมิของทะเลมาใช้ เป็นเทคโนโลยีที่เปลี่ยนรังสีความร้อนจากดวงอาทิตย์ไปเป็นพลังงานไฟฟ้าระดับพลังงานจากอุณหภูมิของทะเลอาศัยหลักที่ทะเลหรือมหาสมุทรมีการแบ่งชั้นความร้อนตามธรรมชาติ
ระดับพลังงานจากอุณหภูมิของทะเลประกอบไปด้วย 3 แบบด้วยกันคือ แบบวงจรปิด แบบวงจรเปิด และแบบไฮบริด
1.แบบวงจรปิด
ภาพตัวอย่างพลังงานแบบวงจรปิด
แหล่งที่มาhttp://t1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcT2pxLr0fgK5m7u8T2ZTwuByQt7_c9IsIE90d3JZasBj5X3WczTbw
ระบบแบบวงจรปิด (Close-cycle system) มีหลักการทำงานจากการแลกเปลี่ยนความร้อนจากผิวน้ำทะเลที่อุ่น ซึ่งเป็นสาเหตุให้ของบเหลวทำงาน (Working Fluid)
2.แบบวงจรเปิด
ภาพตัวอย่างพลังงานแบบวงจรเปิด
แหล่งที่มาhttp://t2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQGo7TuRe5to5oc_wHzJVpNqqzu3wXpbTwj0CqOOlHgwKLTqZnV
ระบบแบบวงจรเปิด(Open cycle system) มีหลักการทำงานจากการที่ใช้น้ำผิวทะเลที่อุ่นเป็นของเหลว น้ำจะถูกทำให้กลายเป็นไอในสภาพเกือบเป็นสูญญากาศ ที่อุณหภูมิผิวน้ำ ไอน้ำที่ขยายตัวขึ้นจะเป็นตัวขับกังหันความดันต่ำที่ต่อเข้ากับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ไอน้ำที่ไม่มีเกลือ และเกือบจะเป็นน้ำบริสุทธิ์จะกลั่นตัวเป็นของเหลวอีกครั้งจากการนำไปผึ่งกับอุณหภูมิเย็นของน้ำทะเลลึก ถ้าการกลั่นตัวไม่ได้เกิดจากการสัมผัสกันโดยตรงของไอน้ำกับน้ำทะเล น้ำที่เกิดจากการกลั่นตัวนี้ สามารถนำไปใช้ดื่มกิน หรือใช้ในการชลประทานได้
3.แบบระบบไฮบริด
ภาพตัวอย่างพลังงานแบบระบบไฮบริด
แหล่งที่มาhttp://www.glow.co.th/TH/images/EH_S/pic16.jpg
ระบบไฮบริด (Hybrid) เป็นระบบที่ผสมระหว่างระบบแบบวงจรปิด และระบบวงจรเปิด เพื่อสร้างไฟฟ้าและน้ำบริสุทธิ์ในปริมาณที่เหมาะสม
ข้อดีและข้อเสียของพลังงานคลื่นทะเล
- ข้อดีของพลังงานคลื่นทะเล
สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้จำนวนมหาศาลเป็นพลังงานที่ไม่มีวันหมด/ไม่มีวันสิ้นสุด สะอาด เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม สามารถนำมาผลิตไฟฟ้าอย่างเพียงพอต่อการใช้งานในโลก ชิ้นส่วนของของเครื่องกลพลังงานน้ำส่วนใหญ่ จะมีความคงทน มีอายุการใช้งานกว่าเครื่องจักรอย่างอื่นเครื่องกลมีความสามารถดำเนินการได้ในเวลาอันรวดเร็ว และควบคุมให้ผลิตกำลังงานออกมาได้ใกล้เคียงกับความต้องการใช้พลังงานได้ตลอดเวลา การผลิตพลังงานจากคลื่นมีความคุ้มทุน เมื่อสถานที่ที่จะติดตั้งโครงสร้างดังกล่าวมีความเหมาะสม มีประสิทธิภาพในการทำงานสูงมาก
- ข้อเสียของพลังงานคลื่นทะเล
ให้พลังงานที่ไม่สม่ำเสมอ ไม่แน่นอน ขึ้นอยู่กับลักษณะของคลื่น และแรงลมที่พัดผ่านต้องอาศัยพื้นที่กว้างใหญ่มาก จำนวนเงินที่จะนำมาลงทุนต้องมากมายมหาศาล
สิ่งประดิษฐ์ที่ได้จากพลังงานคลื่นทะเลมีราคาสูง สถานที่ที่เหมาะสมในการติดตั้งโครงสร้างการผลิตพลังงานหาได้ยากมาก อีกทั้ง เทคโนโลยีในการผลิตพลังงานคลื่นทะเลนั้นยังไม่เป็นที่แพร่หลายนัก