ศักยภาพการผลิตไฟฟาดวยพลังงานแสงอาทิตยระบบความรอนแบบรวมแสง กรณีศึกษาสําหรับจังหวัดรอยเอ็ด

โดย นายปริญญา ศรีสวัสดิ์

วิทยานิพนธนีเ้ปนสวนหนึง่ของการศึกษาตามหลักสูตรปริญญาวิทยาศาสตรมหาบณัฑิต สาขาวิชาฟสิกส ภาควชิาฟสิกส

บัณฑิตวิทยาลัย มหาวิทยาลัยศิลปากร ปการศึกษา 2549

ลิขสิทธ์ิของบณัฑิตวิทยาลัย มหาวิทยาลัยศิลปากร

POTENTIALS OF CONCENTRATING SOLAR POWER TECHNOLOGIES: A CASE STUDY FOR ROI ET PROVINCE

By Parinya Srisavat

A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree MASTER OF SCIENCE Department of Physics

Graduate School SILPAKORN UNIVERSITY

บัณฑิตวิทยาลัย มหาวิทยาลัยศิลปากร อนุมัติใหวิทยานิพนธเร่ือง “ ศักยภาพการผลิตไฟฟาดวยพลังงานแสงอาทิตยระบบความรอนแบบรวมแสง กรณีศึกษาสําหรับจังหวัดรอยเอ็ด ” เสนอโดย นายปริญญา ศรีสวัสดิ์ เปนสวนหนึ่งของการศึกษาตามหลักสูตรปริญญาวิทยาศาสตรมหาบัณฑิต สาขาวิชาฟสิกส

……........................................................... (รองศาสตราจารย ดร.ศิริชัย ชินะตังกูร)

คณบดีบัณฑติวิทยาลัย วันที่..........เดอืน.................... พ.ศ...........

ผูควบคุมวิทยานิพนธ รองศาสตราจารย ดร.เสริม จนัทรฉาย คณะกรรมการตรวจสอบวทิยานิพนธ .................................................... ประธานกรรมการ (ผูชวยศาสตราจารยจํานงค ธํารงมาศ) ............/......................../.............. .................................................... กรรมการ (รองศาสตราจารย ดร.เสริม จันทรฉาย) ............/......................../.............. .................................................... กรรมการ (ผูชวยศาสตราจารย ดร.ซังเซ็ง เลียงจินดาถาวร ) ............/......................../..............

ง

48306202 : สาขาวิชาฟสิกส คําสําคัญ : รังสีตรง/โรงไฟฟาพลังงานความรอนจากแสงอาทิตย ปริญญา ศรีสวัสดิ์ : ศักยภาพการผลิตไฟฟาดวยพลังงานแสงอาทิตยระบบความรอนแบบรวมแสง กรณีศึกษาสําหรับจังหวัดรอยเอ็ด. อาจารยผูควบคุมวิทยานิพนธ : รศ.ดร.เสริม จันทรฉาย. 99 หนา. ในงานวิจัยนี้ ผูวิจัยมีวัตถุประสงคเพื่อทําการวิเคราะหศักยภาพของเทคโนโลยีการผลิตไฟฟาระบบความรอนแบบรวมแสง (concentrating solar power technology, CSP) โดยเปนกรณีศึกษาของจังหวัดรอยเอ็ด ผูวิจัยไดเลือกพื้นที่ของจังหวัดรอยเอ็ดสําหรับการศึกษานี้ ทั้งนี้เพราะจังหวัดรอยเอ็ดอยูในบริเวณที่ไดรับรังสีตรงคอนขางสูง และมีการวัดความเขมรังสีตรงที่ใชในการวิเคราะหสมรรถนะระบบผลิตไฟฟา ผูวิจัยไดทําการวิเคราะหสมรรถนะของระบบผลิตไฟฟาพลังงานแสงอาทิตยขนาด 10 MW 3 ระบบ ไดแก ระบบรางพาราโบลา ระบบหอคอย และระบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิง โดยไดทําการพัฒนาโปรแกรมสําหรับจําลองการทํางานระบบดวยซอฟแวร TRNSYS รวมกับ STEC Library และใชขอมูลความเขมรังสีตรงราย 10 นาทีที่จังหวัดรอยเอ็ดระหวางวันที่ 1 พ.ค. ค.ศ. 2006 ถึง 30 เม.ย. ค.ศ.2007 ผลการจําลองการทํางานของระบบพบวา ระบบผลิตไฟฟาแบบพาราโบลา แบบหอคอย และแบบเครื่องยนตสเตอรลิงสามารถผลิตไฟฟาตอปได เทากับ 18.4, 25.4 และ 11.2 GWh/yr ตามลําดับ จากการวิเคราะหเชิงเศรษฐศาสตรของระบบผลิตไฟฟาทั้ง 3 ระบบ โดยใชขอมูลปริมาณพลังงานไฟฟาที่ผลิตไดและขอมูลตนทุนตางๆ ที่เกี่ยวของโดยไดทําการเปรียบเทียบตนทุนการผลิตไฟฟาในรูปของ levelized electricity cost (LEC) ของแตละระบบ ผลการเปรียบเทียบพบวาระบบรางพาราโบลามีตนทุนการผลิตไฟฟาต่ําสุด ซ่ึงมีคาเทากับ 8.53 บาท/kWh ภาควิชาฟสิกส บัณฑิตวิทยาลัย มหาวิทยาลัยศลิปากร ปการศึกษา 2549 ลายมือช่ือนักศึกษา........................................ ลายมือช่ืออาจารยผูควบคุมวทิยานิพนธ ........................................

จ

48306202 : MAJOR : PHYSICS KEY WORD : DIRECT NORMAL RADIATION/SOLAR THERMAL POWER PLANT PARINYA SRISAVAT : POTENTIALS OF CONCENTRATING SOLAR POWER TECHNOLOGIES : A CASE STUDY FOR ROI ET PROVINCE . THESIS ADVISOR : ASSOC. PROF. SERM JANJAI, Ph. D. 99 pp. The objective of this project is to investigate the potentials of employing concentrating solar power (CPS) technologies for a case study of Roi Et Province. The location of Roi Et Province was selected for this study because the area receives a high amount of direct solar radiation, and in addition, there is measured direct radiation data available. The performance of three 10-MW concentrating solar power technologies namely, the parabolic trough system, the tower system and the dish/stirling engine system was investigated. The computer programs based on the TRNSYS software with the STEC library were developed to simulate these systems, employing 10-minute direct normal radiation measured at Roi Et Province (16.07 ON, 103 OE) between 1/05/2006 to 30/04/2007. Result show that the yearly production of electricity from the parabolic trough system, the tower system and the dish/stirling engine system are 18.4, 25.4 and 11.2 GWh/yr, respectively. An economic analysis of the three systems was done based on the yearly production of electricity obtained from the simulation and cost estimation of each system. The values of levelized electricity costs (LEC) of the three systems were compared, and it was found that the parabolic trough system gave the lowest LEC value of 8.53 baht/kWh.

Department of Physics Graduate School, Silpakorn University Academic Year 2006 Student's signature ........................................ Thesis Advisor's signature ........................................

ฉ

กิตติกรรมประกาศ ในการศึกษาระดับปริญญามหาบัณฑิตนี้ ผูวิจัยไดรับทุนผูชวยวิจัยจากหองปฏิบัติการวิจัยพลังงานแสงอาทิตย ภาควิชาฟสิกส คณะวิทยาศาสตร มหาวิทยาลัยศิลปากร ซ่ึงผูวิจัยขอขอบพระคุณไว ณ ที่นี้เปนอยางสูง ผูวิจัยขอขอบพระคุณรองศาสตราจารย ดร.เสริม จันทรฉาย ซ่ึงเปนอาจารยที่ปรึกษาผูใหคําแนะนําดานวิชาการ พรอมทั้งจัดหาทุนวิจัย เครื่องมือ อุปกรณ และขอมูล สําหรับใชในการดําเนินงานวิจัยและขอขอบพระคุณผูชวยศาสตราจารย ดร.จรุงแสง ลักษณบุญสง ที่ใหคําปรึกษาและแนะนําแนวคิดในการวิเคราะหขอมูล และขอบคุณ Mr. Martin Goedecke ซ่ึงเปนนักวิจัยของหองปฏิบัติการวิจัยพลังงานแสงอาทิตย ภาควิชาฟสิกส คณะวิทยาศาสตร มหาวิทยาลัยศิลปากรที่ใหคําปรึกษาและแนะนําแนวคิดในการวิเคราะหศักยภาพการผลิตไฟฟารวมทั้งการวิเคราะหเชิงเศรษฐศาสตร และขอบคุณผูชวยศาสตราจารย ดร. ซังเซ็ง เลียงจินดาถาวร ที่กรุณาเสียเวลามาเปนกรรมการสอบวิทยานิพนธ ขอมูลหลักที่ใชในงานวิจัยนี้ไดจากเครื่องวัดซึ่งผูวิจัยไดรับอนุญาตใหติดตั้งที่สถานีตรวจอากาศเกษตรรอยเอ็ด ผูวิจัยจึงขอขอบคุณกรมอุตุนิยมวิทยาไว ณ ที่นี่เปนอยางสูง และขอขอบคุณคุณศักดิ์ไท ศิริขันธ ที่ชวยดูแลและจัดสงขอมูลความเขมรังสีดวงอาทิตยมาโดยตลอด นอกจากนี้ผูวิจัยขอขอบคุณ Dr. Reiner Buck และ Mr. Peter Schwarzbozl เจาหนาที่ของ German Aerospace Center (DLR) คุณเอกชัย สินรัตนภักดี และคุณนิยม อภิพันธุ เจาหนาที่ฝายพัฒนาพลังงานทดแทน การไฟฟาฝายผลิตแหงประเทศไทย ที่ใหการปรึกษาในการวิจัย นอกจากนี้ ผูวิจัยขอขอบคุณ คุณรุงรัตน วัดตาล คุณประสาน ปานแกว และคุณพิมพร ผาพรม นักวิจัยของหองปฏิบัติการวิจัยพลังงานแสงอาทิตย ภาควิชาฟสิกส คณะวิทยาศาสตร มหาวิทยาลัยศิลปากร ที่ชวยแนะนําและสนับสนุนงานวิจัย ทายสุดนี้ คุณประโยชนที่เกิดจากวิทยานิพนธฉบับนี้ ผูวิจัยขอมอบใหกับบิดาและมารดารวมทั้งคณาจารยทุกทาน เพื่อตอบแทนพระคุณที่ไดชวยใหผูวิจัยประสบความสําเร็จในการศึกษา

ช

สารบัญ หนา บทคัดยอภาษาไทย .................................................................................................................... ง บทคัดยอภาษาอังกฤษ ............................................................................................................... จ กิตติกรรมประกาศ..................................................................................................................... ฉ สารบัญตาราง ............................................................................................................................ ฌ สารบัญภาพ ............................................................................................................................... ญ สัญลักษณ .................................................................................................................................. ฒ บทที่ 1 บทนํา............................................................................................................................. 1 1.1 ความเปนมาและความสาํคัญของปญหา ........................................................... 1 1.2 วัตถุประสงค ..................................................................................................... 2 2 การผลิตไฟฟาดวยพลังงานแสงอาทิตยระบบความรอนแบบรวมแสง .......................... 3 2.1 ระบบใชตวัรับรังสีดวงอาทิตยแบบรางพาราโบลา (parabolic trough) ............. 3 2.2 ระบบผลิตไฟฟาแบบหอคอย (power tower) .................................................... 14 2.3 ระบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิง ............................................ 27 3 วิธีการวิจัยและผล .......................................................................................................... 35 3.1 การเลือกตาํแหนงที่ตั้งของระบบผลิตไฟฟา ..................................................... 35 3.2 การเตรียมขอมูลรังสีตรงและขอมูลอุตุนิยมวิทยาอื่นๆ ..................................... 37 3.2.1 ขอมูลรังสีตรง........................................................................................ 37 3.2.2 ขอมูลความเร็วลม.................................................................................. 42 3.2.3 ขอมูลอุณหภูมิ ....................................................................................... 43 3.2.4 ขอมูลความชื้นสัมพัทธของอากาศ ........................................................ 44 3.2.5 การจัดทาํชุดขอมูลอุตุนิยมวิทยา(Metrological Data)............................ 45 3.3 รายละเอียดของระบบทีจ่ะทําการวิเคราะห ....................................................... 47 3.3.1 ระบบรางพาราโบลา.............................................................................. 47 3.3.2 ระบบหอคอย......................................................................................... 48 3.3.3 ระบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิง ................................. 49 3.4 การจําลองการทํางานของระบบดวยคอมพิวเตอร (computer simulation) ........ 50

ซ

บทที่ หนา 3.4.1 โปรแกรมคอมพิวเตอรสําหรับใชในการจําลอง การทํางานของระบบดวยคอมพิวเตอร................................................. 50 3.4.2 แบบจําลองขององคประกอบของระบบผลิตไฟฟา ดวยพลังงานแสงอาทิตยใน โปรแกรม TRNSYS และ STEC LIBRARY (Schwarzbozl, 2002) ..... 50 3.4.3 การสรางโปรแกรมสําหรับจําลองการทํางานของระบบ........................ 58 3.4.4 การทดสอบโปรแกรมที่ใชในการจําลองการทํางานของระบบ ............. 61 3.4.5 การจําลองการทํางานของระบบดวยคอมพิวเตอร ................................. 62 3.5 ผลการคํานวณ................................................................................................... 63 3.5.1 ปริมาณไฟฟาที่ผลิตได .......................................................................... 63 3.5.2 ประสิทธิภาพ......................................................................................... 65 3.5.3 Capacity factor...................................................................................... 66 3.5.4 การแจกแจงกําลังการผลิตไฟฟา............................................................ 67 3.6 การวิเคราะหเชิงเศรษฐศาสตร .......................................................................... 69 3.6.1 Investment cost ของระบบผลิตไฟฟา ................................................... 69 3.6.2 Operating & maintenance (O&M) cost ................................................ 74 3.6.3 ตนทุนการผลิตไฟฟา............................................................................. 75 3.6.4 Internal Rate of Return (IRR) และ Payback Period ............................. 78 3.6.5 Sensitivity analysis ............................................................................... 79 4 สรุป ............................................................................................................................... 83 บรรณานุกรม ............................................................................................................................. 85 ภาคผนวก .................................................................................................................................. 87 ภาคผนวก ก ................................................................................................................... 88ประวัติผูวจิัย .............................................................................................................................. 99

ฌ

สารบัญตาราง ตารางที่ หนา 2.1 สมรรถนะของโรงไฟฟาพลังงานแสงอาทิตย ขนาด 150 kWe ที่เมือง Coolidge (Grass et al., 1991) .............. 4 2.2 สมรรถนะของโรงไฟฟา SEGS (Grass and Geyer, 2000) ............... 10 2.3 สมรรถนะของโรงไฟฟาพลังงานแสงอาทิตย Themis (Grass et al., 1991) ........................................ 20 3.1 แสดงคาปริมาณพลังงานไฟฟาเฉลี่ยตอป ที่ไดจากระบบตางๆของจังหวัดรอยเอด็............................ 65 3.2 แสดงคาประสิทธิภาพ (solar -to- electricity efficiency) ของระบบผลิตไฟฟาที่จังหวัดรอยเอด็.............................. 65 3.3 แสดงขอมูลที่ใชในการคํานวณ investment cost ของระบบผลิตไฟฟาแบบรางพาราโบลา ........................... 70 3.4 แสดงขอมูลที่ใชในการคํานวณ investment cost ของระบบผลิตไฟฟาแบบหอคอย .................................. 70 3.5 แสดงขอมูลที่ใชในการคํานวณ investment cost ของระบบผลิตไฟฟา แบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิง ................... 71 3.6 แสดงคา investment cost ของระบบผลิตไฟฟาขนาด 10 MW ........... 71 3.7 แสดงพื้นที่ดนิที่ตองใชในระบบผลิตไฟฟาขนาด 10 MW ............... 72 3.8 แสดงขอมูลที่ใชในการคํานวณ operating & maintenance cost ของระบบผลิตไฟฟาแบบรางพาราโบลา ........................... 74 3.9 แสดงขอมูลที่ใชในการคํานวณ operating & maintenance cost ของระบบผลิตไฟฟาแบบหอคอย .................................. 75 3.10 แสดงขอมูลที่ใชในการคํานวณ operating & maintenance cost ของ ระบบผลิตไฟฟาแบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิง .. 75 3.11 แสดง general assumption ที่ใชในการคํานวณเชิงเศรษฐศาสตร......... 76 3.12 แสดงคา Levelized Electricity Cost ของระบบผลิตไฟฟาของรอยเอด็ .. 77 3.13 แสดงคา IRR และ Payback Period ของระบบผลิตไฟฟาของรอยเอ็ด ... 78

ญ

สารบัญภาพ รูปที่ หนา 2.1 ตัวรับรังสีดวงอาทิตยแบบรางพาราโบลา 3 2.2 แสดงภาพตวัรับรังสีแบบรางพาราโบลา ที่ใชในโรงไฟฟาพลังงานแสงอาทิตยเพื่อการชลประทาน Coolidge ....... 4 2.3 แสดงภาพตวัรับรังสีแบบรางพาราโบลาที่ใชในโรงไฟฟา IEA-SSPS .............. 5 2.4 แผนผังการทํางานของโรงไฟฟาพลังงานแสงอาทิตย IEA-SSPS ขนาด 500 kWe (Grass et al., 1991)....................................... 6 2.5 แผนภูมิของโรงไฟฟา SEGS VIII ขนาด 80 MWe (Grass et al., 1991) ............ 7 2.6 แสดงภาพโรงไฟฟา SEGS ที่ Kramer Junction แคลิฟอรเนีย ........................... 8 2.7 แสดงตัวรับรังสีดวงอาทิตยแตละตัวของโรงไฟฟา SEGS................................. 8 2.8 แสดงสนามตวัรับรังสีดวงอาทิตยของโรงไฟฟา SEGS..................................... 9 2.9 แสดงสวนผลติไฟฟาของโรงไฟฟา SEGS ........................................................ 9 2.10 แสดงประสิทธิภาพของโรงไฟฟา SEGS VI วัดโดย KJC Operating Company ในเดือนกรกฎาคม ค.ศ. 1997 (Grass and Geyer, 2000) .................................... 10 2.11 แสดงสนามตวัรับรังสีดวงอาทิตยแบบรางพาราโบลา ของโรงไฟฟา Nevada-SEGS อยูระหวางการกอสรางที่ Eldarado Valley รัฐเนวาดา.............................. 11 2.12 แสดงภาพโรงไฟฟา Nevada-SEGS .................................................................. 12 2.13 แสดงลักษณะของตัวรับรังสีดวงอาทิตย ที่จะนํามาใชโรงไฟฟา Nevada-SEGS ..................................................... 12 2.14 แสดงแผนภูมกิารทํางานของโรงไฟฟา Arizona APS 1 MWe .......................... 13 2.15 แสดงลักษณะของตัวรับรังสีดวงอาทิตย ที่จะนํามาใชโรงไฟฟา Arizona APS 1 MWe .......................................... 13 2.16 แสดงสนามตวัรับรังสีดวงอาทิตยของโรงไฟฟา Arizona APS 1 MWe ............ 14 2.17 ระบบผลิตไฟฟาพลังงานแสงอาทิตยแบบหอคอย............................................. 14 2.18 แสดงภาพโรงไฟฟา Eurelios ............................................................................ 15 2.19 แสดงภาพโรงไฟฟา IEA-SSPS......................................................................... 16

2.20 แผนภูมิของโรงไฟฟา Solar One

ฎ

รูปที่ หนา ขนาด 10 MWe (Grass et al., 1991) ......................................................... 17 2.21 แสดงภาพโรงไฟฟา Solar One.......................................................................... 17 2.22 แสดงภาพโรงไฟฟา CESA-1 ............................................................................ 18 2.23 แผนภูมกิารทํางานของโรงไฟฟาพลังงานแสงอาทิตย Themis (Grass et al., 1991)................................................................................... 19 2.24 แสดงภาพโรงไฟฟา Themis.............................................................................. 19 2.25 แสดงภาพโรงไฟฟา C3C-5 ............................................................................... 20 2.26 แสดงถังเก็บสะสมความรอนของโรงไฟฟา Solar Two..................................... 21 2.27 แสดงแผนภูมกิารทํางานของโรงไฟฟา Solar Two............................................ 22 2.28 แสดงภาพโรงไฟฟา Solar Two ......................................................................... 22 2.29 แสดงแผนสะทอนแสงของโรงไฟฟา Solar Two .............................................. 23 2.30 แสดงแผนภูมกิารทํางานของโรงไฟฟา PS 10 ................................................... 24 2.31 แสดงภาพจําลองของโรงไฟฟา PS 10 ............................................................... 24 2.32 แสดงภาพโรงไฟฟา PS 10 ................................................................................ 25 2.33 แสดงแผนสะทอนแสงสําหรับใชติดตั้งในโรงไฟฟา PS 10 .............................. 25 2.34 แสดงแผนภูมกิารทํางานของโรงไฟฟา Solar Tres ............................................ 26 2.35 แสดงภาพจําลองของโรงไฟฟา Solar Tres........................................................ 26 2.36 แสดงหลักการทํางานระบบผลิตไฟฟา แบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิง...................................... 27 2.37 สมรรถนะของระบบผลิตไฟฟาพลังงานแสงอาทิตย Vangard 1 (Grass et al., 1991)................................................................................... 28 2.38 แสดงระบบผลิตไฟฟาพลังงานแสงอาทิตย SBP50 ........................................... 29 2.39 แสดงอิทธิพลของความเร็วลมที่มีตอ power output ของระบบผลิตไฟฟา SBP 50 (Grass et al., 1991).................................... 30 2.40 แสดงระบบผลิตไฟฟาดวยพลังงานแสงอาทิตย ซ่ึงพัฒนาโดย Boeing/SES....................................................................... 31 2.41 แสดงภาพเครื่องยนตสเตอรลิง Kockums 4-95.................................................. 31 2.42 แสดงระบบผลิตไฟฟาแบบจานพาราโบลา ที่พัฒนาโดยบริษัท STM Corp. ................................................................ 32

ฏ

รูปที่ หนา 2.43 แสดงเครื่องยนตสเตอรลิง STM 4-120 Kinematic ............................................ 32 2.44 แสดงระบบผลิตไฟฟา Euro dish system .......................................................... 33 2.45 แสดงเครื่องยนตสเตอรลิง SOLO 161............................................................... 33 2.46 แสดงระบบผลิตไฟฟา Euro dish ในประเทศอินเดีย ......................................... 34 2.47 แสดงระบบโรงไฟฟาที่ประกอบดวยระบบผลิตไฟฟา แบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิง 2 ระบบที่ติดตั้งทดสอบ การทํางานที่ วทิยาเขตของ University of Nevada Las Vegas .................. 34 3.1 แสดงบริเวณทีค่วามเขมรังสีตรงมีคาสูงสุด และตําแหนงที่มีขอมูลรังสีตรงที่ไดจากการวัด ........................................ 36 3.2 แสดงเครื่องวดัรังสีตรงซึ่งติดตั้งบนเครื่องติดตามดวงอาทิตย ที่สถานีอุตุเกษตร อําเภอเมือง จังหวดัรอยเอ็ด.......................................... 37 3.3 แสดงเครื่องบันทึกขอมูล ................................................................................... 38 3.4 แสดงขอมูลรังสีดวงอาทิตยทีม่ีคาสูงผิดปกติ..................................................... 39 3.5 แสดงเขมรังสีตรงตั้งแต วันที่ 1 พฤษภาคม พ.ศ.2549 ถึงวันที่ 30 เมษายน พ.ศ.2550 ของจังหวดัรอยเอ็ด ที่ผานการควบคุมคุณภาพขอมูลแลว ........................................................ 40

3.6 แสดงการแปรคาความเขมรังสีตรงรายชั่วโมงเฉลี่ยตอเดือน ตามเวลาในรอบวัน .................................................................................. 41 3.7 แสดงการแปรคาตามฤดูกาลในรอบปของความเขมรังสีตรงที่สถานีรอยเอ็ด ระหวางวันที่ 1 พฤษภาคม พ.ศ.2549 ถึง วันที่ 30 เมษายน พ.ศ.2550 ...... 42 3.8 แสดงขอมูลความเร็วลมราย 3 ช่ัวโมงอยูในรูปแบบ html file ........................... 43 3.9 แสดงขอมูลอุณหภูมิราย 3 ช่ัวโมงอยูในรูปแบบ html file................................. 44 3.10 แสดงขอมูลความชื้นสัมพัทธของอากาศราย 3 ช่ัวโมงอยูในรูปแบบ html file.. 45 3.11 แสดงลักษณะรูปแบบมาตรฐานของชุดขอมูลอุตุนิยมวิทยา สําหรับการจําลองการทํางานของระบบดวยคอมพวิเตอร ........................ 46 3.12 แสดงแผนภูมขิองระบบผลิตไฟฟาแบบรางพาราโบลา ..................................... 47 3.13 แสดงแผนภูมขิองระบบผลิตไฟฟาแบบหอคอย ที่ใชอากาศในการพาความรอนจากหอคอย.............................................. 48 3.14 แสดงแผนภูมขิองระบบผลิตไฟฟา

ฐ

รูปที่ หนา แบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิง...................................... 49 3.15 แสดงแผนภูมิเอนทาลป-เอนโทรปของไอน้ํา..................................................... 54 3.16 แสดง power curve ของระบบผลิตไฟฟา แบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิง ของบริษัท SBP (Mancini et al., 2003) .................................................... 57

3.17 แผนภูมจิําลองการทํางานของระบบผลิตไฟฟาแบบรางพาราโบลา ในโปรแกรม TRNSYS ............................................................................ 59

3.18 แสดงแผนภูมจิําลองการทํางานของระบบผลิตไฟฟาแบบหอคอย ในโปรแกรม TRNSYS ............................................................................ 60

3.19 แสดงแผนภูมจิําลองการทํางานของระบบผลิตไฟฟา แบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิงในโปรแกรม TRNSYS. 60

3.20 แสดงการเปรยีบเทียบอุณหภูมิของไอน้ําที่เขาและออกจากกังหันไอน้ํา ซ่ึงไดจากการคํานวณและจากการวดั ในวนัที่ 18 กรกฎาคม ค.ศ. 1991 (Jones et al., 2001)............................... 61

3.21 แสดง flow chart การคํานวณปริมาณไฟฟาที่ไดจากระบบผลิตไฟฟา ............... 62 3.22 แสดงปริมาณไฟฟาที่ผลิตไดในเดือนตางๆในรอบปจากระบบรางพาราโบลา .. 63 3.23 แสดงปริมาณไฟฟาที่ผลิตไดในเดือนตางๆ ในรอบปจากระบบหอคอย............ 64 3.24 แสดงปริมาณไฟฟาที่ผลิตไดในเดือนตางๆ ในรอบป จากระบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิง ............................. 64

3.25 แสดงการเปรยีบเทียบ capacity factor (%) ของระบบผลิตไฟฟาแบบตางๆ ...... 66 3.26 แสดงการแจกแจงความถี่ของกําลังไฟฟาทีผ่ลิตไดจากระบบรางพาราโบลา ..... 67 3.27 แสดงการแจกแจงความถี่ของกําลังไฟฟาทีผ่ลิตไดจากระบบหอคอย................ 68 3.28 แสดงการแจกแจงความถี่ของกําลังไฟฟาทีผ่ลิตไดจาก ระบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิง.................................... 68

3.29 แสดงการแจกแจงความถี่ของความเขมรังสีตรง ................................................ 69 3.30 แสดงสัดสวนของ investment cost ของระบบผลิตไฟฟาแบบรางพาราโบลาสําหรับจังหวดัรอยเอ็ด.............. 72

3.31 แสดงสัดสวนของ investment cost ของระบบผลิตไฟฟาแบบหอคอยสําหรับจังหวดัรอยเอด็ ........................ 73

ฑ

รูปที่ หนา 3.32 แสดงสัดสวนของ investment cost ของระบบผลิตไฟฟา แบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิงสําหรับจังหวัดรอยเอ็ด .. 73

3.33 แสดงการเปรยีบเทียบ Levelized Electricity Cost (Baht/kWh) ของระบบผลิตไฟฟาแบบตางๆ................................................................ 77

3.34 แสดงการเปรยีบเทียบ Internal Rate of Return (%) ของระบบผลิตไฟฟาแบบตางๆ................................................................ 78

3.35 แสดงผลการเปลี่ยนแปลงของอัตราดอกเบี้ยตอ levelized electricity cost ......... 79 3.36 แสดงผลการเปลี่ยนแปลงของ investment cost of solar components ตอ levelized electricity cost..................................................................... 80

3.37 แสดงผลการเปลี่ยนแปลงของ land costs ตอ levelized electricity cost............. 81 3.38 แสดงผลการเปลี่ยนแปลงของ O&M costs ตอ levelized electricity cost .......... 82

ฒ

สัญลักษณ η = ประสิทธิภาพของตัวรับรังสีแบบรางพาราโบลา

pC = ความรอนจําเพาะ (specific heat) DNI = รังสีตรงทีต่กตัง้ฉากกับระนาบรับแสง reflector ของตัวรบัรังสี (kJ/h-m2)

outT∆ = ความแตกตางระหวางอณุหภูมิของเหลวทีไ่หลออกจากชองรับรังสีที่โฟกัส กับอุณหภูมิอากาศแวดลอม

inT∆ = ความแตกตางระหวางอณุหภูมิของเหลวทีไ่หลเขาทอรับรังสีกับอุณหภมูิ อากาศแวดลอม K = incident angle modifier M = สัมประสิทธิก์ารสูญเสียความรอนที่สวนทาย (end losses) ของทอรับรังสี

Sh = แฟคเตอรเนื่องมาจากผลที่เกิดจากการบังกันของตัวรับรังสีในแถวขางเคียง WS = ความเร็วลม

wC = สัมประสิทธิก์ารสูญเสียความรอนจากลม A = เปนคาคงที่ B = เปนคาคงที่ C = เปนคาคงที่ D = เปนคาคงที่

absQ& = พลังงานที่ทอรับรังสีดูดกลนืได effA = พื้นที่รับรังสีดวงอาทิตยของรางพาราโบลา

DNI = รังสีตรงทีต่กตัง้ฉากกับระนาบของรางพาราโบลา η = ประสิทธิภาพ

netQ& = พลังงานที่ของไหลในทอรับรังสีไดรับ เมื่อพิจารณาการสญูเสียความรอนแลว absQ& = พลังงานที่ทอรับรังสีไดรับ pipeQ& = พลังงานที่สูญเสียจากทอรับรงัสี

M& = อัตราการไหลของของเหลวในทอรับรังสี netQ& = พลังงานที่ของไหลในทอรับรังสีไดรับ เมื่อพิจารณาการสญูเสียความรอนแลว outT = อุณหภูมิของเหลวที่ไหลออกจากชองรับรงัสีซึ่งจะกําหนดใหคงที่ inT = อุณหภูมิของเหลวที่ไหลเขาทอรับรังสี

UA = สัมประสิทธิก์ารถายเทความรอนรวม (total heat transfer coefficient)

ณ

refUA = สัมประสิทธิ์การถายเทความรอนรวมอางอิง

m& = อัตราการไหลเชิงมวล (mass flow rate) refm& = อัตราการไหลเชิงมวลอางอิง iak = เปนคาคงที่เอมไพริคัล

m& = อัตราการไหลเชิงมวล (mass flow rate) hotm& = อัตราการไหลดานอุณหภูมิสูง

hot,pC = ความรอนจําเพาะของดานอุณหภูมิสูง transQ = ความรอนที่ถายเทจากดานอณุหภูมิสูงไปดานที่อุณหภูมิต่าํกวา

Evaporatorη = effectiveness hotm& = อัตราการไหลของเหลวดานอุณหภูมิสูง

hot,pC = ความรอนจําเพาะของเหลวดานอุณหภูมิสงู in,hotT = อุณหภูมิของเหลวดานอณุหภูมิสูงที่ไหลเขา

saturatedT = อุณหภูมิของเหลวอิ่มตัว inh = เอนทาลปของไอน้ําที่ไหลเขา

is,outh = เอนทาลปของไอน้ําที่ไหลออก กรณีทีก่ระบวนการเปนแบบ isentropic isentropicη = isentropic efficiency inm& = อัตราการไหลของไอน้ํา

mechη = ประสิทธิภาพเชิงกล (mechanical efficiency) ของกังหันไอน้ํา fieldA = พื้นที่รับรังสีทั้งหมด heliostat fieldρ = สัมประสิทธิ์การสะทอนของ heliostat

I = ความเขมรังสีตรงที่ตกกระทบ heliostat fieldη = ประสิทธิภาพของ heliostat

Γ = พารามิเตอรที่คํานึงถึงผลของความแมนยําในการติดตามดวงอาทิตยของ heliostat แตละตัว

receiverQ = พลังงานที่ receiver ดูดกลืนได heliostatQ = พลังงานที่ receiver ไดรับจาก heliostat

receiverη = ประสิทธิภาพของ receiver airm& = อัตราการไหลของอากาศ

ด

airpC , = ความรอนจําเพาะของอากาศ out,airT = อุณหภูมิของอากาศที่ไหลออกจาก receiver in,airT = อุณหภูมิของอากาศที่ไหลเขา receiver

fT = อุณหภูมิของอากาศ bT = อุณหภูมิของกอนหิน

m& = อัตราการไหลของอากาศ ρ = ความหนาแนน (subscript f หมายถึงของอากาศ และ subscript b หมายถึง ของกอนหิน)

pC = ความรอนจําเพาะ A = พื้นที่หนาตัดของ pack bed ในทิศตั้งฉากกับการไหลของอากาศ νh = สัมประสิทธิ์การถายเทความรอน

ε = void fraction t = เวลา ρ = ความหนาแนน (subscript f หมายถึงของอากาศ และ subscript b หมายถึง ของกอนหิน)

pC = ความรอนจําเพาะ A = พื้นที่หนาตัดของ pack bed ในทิศตั้งฉากกับการไหลของอากาศ νh = สัมประสิทธิ์การถายเทความรอน

ε = void fraction t = เวลา

outP = กําลังไฟฟาท่ีไดจากระบบ b,a = เปนคาคงที่เอมไพริคลั

insurancek = annual insurance rate investk = total investment of the plant fuelk = annual fuel cost dk = real dept interest rate

m&ok = annual operation and maintenance cost netE = annual net electricity

n = depreciation period in years

บทที่ 1 บทนํา

1.1 ความเปนมาและความสําคญัของปญหา

ไฟฟาเปนพลังงานพื้นฐานที่มีความสําคัญตอกิจกรรมทางเศรษฐกิจและสังคมของประเทศ ปจจุบันประเทศไทยใชพลังงานไฟฟาปละกวา 100,000 ลาน kWhe โดยสวนใหญผลิตจากเชื้อเพลิง ฟอสซิล (fossil fuel) ซึ่งตองนําเขามาจากตางประเทศ นอกจากตองเสียเงินตราตางประเทศปละกวา 5 แสนลานบาทแลว ยังกอใหเกิดปญหามลภาวะตอประเทศ นอกจากนี้ ราคาของเชื้อเพลิงฟอสซิลยังมีแนวโนมสูงขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากปญหาการเมืองระหวางประเทศ และปริมาณท่ีมีจํากัด

หลังจากเกิดวิกฤตการณพลังงานในป ค.ศ. 1973 นักวิจัยตางๆ ทั่วโลก จึงไดตื่นตัวในการวิจัยและพัฒนาพลังงานหมุนเวียนตางๆ (renewable energy) เพ่ือนํามาใชทดแทนพลังงานจากเชื้อเพลิง ฟอสซิล พลังงานแสงอาทิตยนับเปนพลังงานหมุนเวียนท่ีมีศักยภาพสูง โดยเฉพาะอยางยิ่งในประเทศที่ตั้งอยูในบริเวณชวงละติจูด 30 °N และ 30 °S ทั้งนี้เพราะเปนบริเวณที่ไดรับรังสีดวงอาทิตยสูงกวาบริเวณอื่นๆ ของโลก

ตลอดระยะเวลา 20 ปท่ีผานมาไดมีการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตไฟฟาดวยพลังงานแสง อาทิตย ท้ังการใชโซลารเซลล และการใชกระบวนการความรอน (thermal process) สําหรับการผลิตไฟฟาดวยโซลารเซลล ถึงแมจะมีการใชงานในระบบขนาดเล็กระดับครัวเรือน และระบบขนาดใหญในลักษณะรวมศูนยเปนโรงไฟฟาแลวก็ตาม แตตนทุนการผลิตยังสูงกวาการผลิตไฟฟาดวยเช้ือเพลิง ฟอสซิล 4-5 เทา การผลิตไฟฟาในลักษณะดังกลาวจึงเหมาะสมกับกรณีของหมูบานหางไกล ซึ่งอยูหางจากเครือขายสายสงไฟฟา หรือในพ้ืนท่ีอนุรักษธรรมชาติตาง ๆ

สําหรับกรณีของการผลิตไฟฟาดวยพลังงานแสงอาทิตยระบบความรอนแบบรวมแสง (concentrating solar power) ในชวง 20 ป ท่ีผานมา ไดมีการพัฒนาทางดานเทคโนโลยีนี้อยางกวางขวางจนถึงขั้นการจัดตั้งโรงไฟฟาเพื่อปอนกระแสไฟฟาเขาสูระบบสายสงในเชิงพานิชย โดยในปจจุบันมีโรงงานไฟฟาแบบ ดังกลาวในรัฐแคลิฟอรเนีย ประเทศสหรัฐอเมริกา จํานวน 9 โรง ซึ่งมีกําลังการผลิตรวม 350 MWe ปริมาณไฟฟาดังกลาวคิดเปน 90 % ของการผลิตไฟฟาดวยพลังงานแสงอาทิตยทั่วโลก หรือเปนกําลังไฟฟาที่สามารถตอบสนองความตองการของ 350,000 ครัวเรือน นอกจากนี้ยังมีโรงไฟฟาพลังงานแสงอาทิตยระบบความรอนอีกหลายแหงท่ีอยูในระหวางดําเนินการกอสราง โดยตนทุนการผลิตไฟฟาจากโรงไฟฟาแบบนี้จะต่ํากวาการใชโซลารเซลล และมีแนวโนมที่จะสามารถแขงขันไดกับพลังงานในรูปแบบตางๆ ไดในอนาคต

2

อยางไรก็ตาม สมรรถนะของการผลิตไฟฟาพลังงานแสงอาทิตยระบบความรอนแบบรวมแสงขึ้นกับความเขมรังสีตรงของดวงอาทิตย (direct normal irradiance) ซึ่งเปนสวนหนึ่งของรังสีรวมของดวงอาทิตย โรงไฟฟา พลังงานแสงอาทิตยระบบความรอนแบบรวมแสงจะมีสมรรถนะสูงในกรณีที่ตั้งอยูในบริเวณที่มีคาความเขมรังสีตรงสูง สําหรับกรณีประเทศไทยขอมูลดังกลาวยังไมชัดเจน ทั้งนี้เพราะการวัดรังสีตรงมีเฉพาะที่สถานศึกษาบางแหงเทานั้น จึงไมสามารถชี้ชัดถึงศักยภาพการผลติไฟฟาพลังงานแสงอาทิตยระบบความรอนแบบรวมแสงในประเทศไทยได

ดังนั้นผูวิจัยจึงไดดําเนินการวิเคราะหศักยภาพการผลิตไฟฟาดวยพลังงานแสงอาทิตยระบบความรอนแบบรวมแสงในประเทศไทย เพื่อนําผลที่ไดไปใชประโยชนตอไป

1.2 วัตถุประสงค

1) เพื่อศึกษาเทคโนโลยีการผลิตไฟฟาดวยพลังงานแสงอาทิตยระบบความรอนแบบรวมแสงที่มีอยูในปจจุบัน

2) เพื่อวิเคราะหศักยภาพในการผลิตไฟฟาดวยพลังงานแสงอาทิตยระบบความรอนแบบรวมแสงในกรณีของจังหวัดรอยเอ็ด

บทที่ 2 การผลิตไฟฟาดวยพลังงานแสงอาทิตยระบบความรอนแบบรวมแสง

ในการวิเคราะหศักยภาพของเทคโนโลยีการผลิตไฟฟาดวยพลังงานแสงอาทิตยระบบความรอนแบบรวมแสงสําหรับประเทศไทยนั้น ผูวิจัยจะกลาวถึงหลักการของการผลิตไฟฟาดวยพลังงานแสงอาทิตยระบบความรอนแบบรวมแสง ดังรายละเอียดตอไปนี้ 2.1 ระบบใชตวัรับรังสีดวงอาทิตยแบบรางพาราโบลา (parabolic trough)

ตัวรับรังสีดวงอาทิตยแบบรางพาราโบลา เปนตัวรับรังสีดวงอาทิตย (solar collector) ซึ่งทํางานโดยใชหลักการรวมรังสีดวงอาทิตยดวยการสะทอนจากผิวโคงรูปพาราโบลาที่เปนรางยาว โดยตัวรับรังสีดังกลาวประกอบดวยตัวสะทอนรังสี (reflector) และทอรับรังสี (receiver) ดังรูปที่ 2.1

รูปที่ 2.1 ตัวรบัรังสีดวงอาทติยแบบรางพาราโบลา

ทอรับรังสีจะเปนทอโลหะอยูภายในทอแกว โดยชองวางระหวางทอทั้งสองเปนสุญญากาศ เพ่ือลดการสูญเสียความรอน ของเหลวประเภทน้ํามันจุดเดือดสูงจะไหลในทอโลหะ เพ่ือพาความรอนไปถายเทใหกับหมอไอน้ํา (boiler) สําหรับผลิตไอน้ําเพื่อขับเคลื่อนเครื่องยนตกังหันไอน้ําซึ่งทํางาน

Receiver

Concentrator reflective surface

Tracking mechanism

4

ดวยวัฏจักร Rankine โดยงานเพลาที่ไดจากเครื่องยนตดังกลาวจะนําไปใชขับเคลื่อนเครื่องกําเนิดไฟฟา สําหรับในชวงท่ีไมมีแสงอาทิตยจะใชพลังงานจากแกสชวยในการกําเนิดไอน้ํา ระบบผลิตไฟฟาแบบนี้มีการพัฒนาขึ้นหลายแหง ท่ีสําคัญมีดังนี้

1) โรงไฟฟาพลังงานแสงอาทิตยเพื่อการชลประทาน Coolidge โรงไฟฟานี้ตั้งอยูเมือง Coolidge รัฐอริโซนา ประเทศสหรัฐอเมริกา โดยมีกําลังการผลิต

150 kWe ไฟฟาที่ไดจะสงใหเครือขายสายสงสําหรับนําไฟฟาไปใชเปนแหลงพลังงานเพื่อการ ชลประทาน โรงไฟฟานี้ทํางานแบบผสม (hybrid mode) กลาวคือใชพลังงานความรอนจากแกสเปนแหลงพลังงานเสริมในกรณีท่ีพลังงานแสงอาทิตยไมเพียงพอ โรงไฟฟาดังกลาวทดลองใชงานตั้งแต ค.ศ. 1979 ถึง 1982 ขอมูลที่ไดจากการทํางานในชวง 3 ป แสดงไวตารางที่ 2.1

รูปท่ี 2.2 แสดงภาพตวัรับรังสีแบบรางพาราโบลาที่ใชในโรงไฟฟาพลังงานแสงอาทิตย เพื่อการชลประทาน Coolidge ตารางที่ 2.1 สมรรถนะของโรงไฟฟาพลังงานแสงอาทิตยขนาด 150 kWe ท่ีเมือง Coolidge (Grass et al., 1991)

Jan-Sep 80 Oct-Sep 81 Oct-Sep 82 Total

Solar Output (MWhe) Average efficiency (%)

97.1 2.45

133.2 2.47

170.0 3.5

400.3 2.9

5

2) โรงไฟฟาพลังงานแสงอาทิตย IEA –SSPS โรงไฟฟานี้อยูท่ีเมือง Almeria ประเทศสเปน โดยออกแบบใหมีกําลังผลิต 500 kWe

ท่ีรังสีตรง 920 W/m2 ตัวรับรังสีดวงอาทิตยมี 3 กลุม ซ่ึงผลิตโดยบริษัทตางๆ โดยมีระบบขับเคลื่อนตามดวงอาทิตยแบบ 1 แกน และ 2 แกน ทั้งนี้เพื่อเปรียบเทียบสมรรถนะ โรงไฟฟานี้ทํางานดวยพลังงานแสงอาทิตยอยางเดียว โดยมีถังเก็บสะสมพลังงานความรอน 2 ถัง ซ่ึงมีตัวกลางเก็บความรอนเปนนํ้ามันตางกัน เพ่ือเปรียบเทียบสมรรถนะกัน แผนผังการทํางานของโรงไฟฟาดังกลาวแสดงไวในรูปที่ 2.4

รูปที่ 2.3 แสดงภาพตวัรับรังสีแบบรางพาราโบลาที่ใชในโรงไฟฟา IEA-SSPS

6

รูปที่ 2.4 แผนผังการทํางานของโรงไฟฟาพลังงานแสงอาทิตย IEA-SSPS ขนาด 500 kWe (Grass et al., 1991)

โรงไฟฟา IEA-SSPS ถูกทดสอบใชงาน เพื่อผลิตไฟฟาปอนเครือขายสงไฟฟาในชวงป ค.ศ. 1982 ถึง 1983 จากผลการทดสอบพบวา การขับเคลื่อนตัวรับรังสีแบบ 2 แกน มีสมรรถนะไมดีไปกวาแบบแกนเดียว โดยการขับเคลื่อนแบบ 2 แกนจะไดพลังงานเพิ่มขึ้น แตก็มีการสูญเสียเพิม่ขึน้อันเนือ่งมา จากทอตางๆ ที่ยาวขึ้น นอกจากนี้การซอมบํารุงระบบขับเคลื่อนแกนเดียวยังทําไดงายกวาแบบ 2 แกน โรงงานไฟฟานี้จะเริ่มทํางานไดที่คาความเขมรังสีตรงสูงกวา 350 W/m2 จากการศึกษาสมรรถนะของการทํางานในชวงเวลา 2 ป พบวาโรงไฟฟาดังกลาวมีประสิทธิภาพในการผลิตไฟฟาจากพลังงานแสงอาทิตย 2.5 %

7

3) โรงไฟฟาพลังงานแสงอาทิตย ชุด Solar Electricity Generating System หรือ SEGS โรงไฟฟาชุดน้ีมี 9 โรง ไดแก SEGS I ถึง SEGS IX โรงไฟฟาท้ังหมดตั้งอยูท่ีรัฐ

แคลิฟอรเนีย ประเทศสหรัฐอเมริกา โดยใชตัวรับรังสีแบบรางพาราโบลาซึ่งผลิตโดยบริษัท Luz ขับเคลื่อนแกนเดียว โรงไฟฟาดังกลาวดําเนินการโดยบริษัทเอกชน โดยทําการผลิตไฟฟาปอนใหกับเครือขายสายสง เริ่มตนโรงแรกตั้งแตป ค.ศ. 1985 และโรงที่ 9 เริ่มตนใชงานเมื่อป ค.ศ. 1991 โรงไฟฟาท้ังหมดมีกําลังการผลิตตั้งแต 13.8 MWe จนถึง 80 MWe รวมกําลังการผลิตทั้งหมด 350 MWeโดยเปนแบบมีพลังงานเสริมจากแกส และยังคงใชงานจนถึงปจจุบัน ตัวอยางของแผนภูมิการทํางานของโรงไฟฟาชุดน้ีและภาพตัวรับรังสีที่ใช แสดงไวในรูปที่ 2.5 และ 2.6 และสมรรถนะของโรงไฟฟา SEGS แสดงไวในตารางที่ 2.2

รูปที่ 2.5 แผนภูมิของโรงไฟฟา SEGS VIII ขนาด 80 MWe (Grass et al., 1991)

Solar field 293oC

Emergency oil heater

Natural gas

391 oC

Field pump

Thermal oil

371oC/18 bar

Solar reheat 206oC

371oC/100 bar Steam super-heater 313oC

Steam generator 231oC Feed water heater

Feed water pump

42oC Condenser

80 MWe reheat turbine/ generator

Cooling tower

391oC

8

รูปที่ 2.6 แสดงภาพโรงไฟฟา SEGS ที่ Kramer Junction แคลิฟอรเนีย

รูปที่ 2.7 แสดงตัวรับรังสีดวงอาทิตยแตละตัวของโรงไฟฟา SEGS

9

รูปท่ี 2.8 แสดงสนามตัวรับรงัสีดวงอาทิตยของโรงไฟฟา SEGS

รูปที่ 2.9 แสดงสวนผลิตไฟฟาของโรงไฟฟา SEGS

10

ตารางที่ 2.2 สมรรถนะของโรงไฟฟา SEGS (Grass and Geyer, 2000)

SEGS Plant

1st Year of Operation

Net Output (MWe)

Solar Field Outlet Temp.

(°C/°F)

Solar Field Area (m2)

Solar Turbine Eff. (%)

Fossil Turbine Eff. (%)

Annual Output (MWh)

I 1985 13.8 307/585 82,960 31.5 - 30,100 II 1986 30 316/601 190,338 29.4 37.3 80,500 III&IV 1987 30 349/660 230,300 30.6 37.4 92,780 V 1988 30 349/660 250,500 30.6 37.4 91,820 VI 1989 30 390/734 188,000 37.5 39.5 90,850 VII 1989 30 390/734 194,280 37.5 39.5 92,646 VIII 1990 80 390/734 464,340 37.6 37.6 252,750 IX 1991 80 390/734 483,960 37.6 37.6 256,125

รูปที่ 2.10 แสดงประสิทธภิาพของโรงไฟฟา SEGS VI วัดโดย KJC Operating Company ในเดือน กรกฎาคม ค.ศ. 1997 (Grass and Geyer, 2000)

11

จากตัวอยางสมรรถนะของตัวรับรังสีดวงอาทิตยของโรงไฟฟา SEGS VI ในรูปท่ี 2.10 จะเห็นวาในวันที่ทองฟาแจมใส ในชวง 9.00–17.00 น. ประสิทธิภาพของตัวรับรังสีดวงอาทิตยจะแปรคาในชวง 56 % - 60 % และประสิทธิภาพของโรงไฟฟาในการแปลงพลังงานจากรังสีดวงอาทิตยเปนไฟฟาจะมีคาสูงถึง 20 %

4) โรงไฟฟาพลังงานแสงอาทิตย Nevada-SEGS เน่ืองจากรัฐเนวาดาใชพลังงานสวนใหญจากถานหินและแกสธรรมชาติในการผลิตไฟฟา

ซึ่งกอปญหามลภาวะคอนขางมาก ดังนั้นทางการรัฐจึงไดรวมกับบริษัทเอกชนจัดตั้งโรงไฟฟาพลังงานแสงอาทิตยระบบความรอนแบบรวมแสงขึ้น ในลักษณะเดียวกับโรงไฟฟา SEGS ของรัฐแคลิฟอรเนีย โรงไฟฟาดังกลาวมีกําลังการผลิต 50 MWe โดยตั้งอยูที่ Eldorado Valley ใกลเมือง Boulder City รัฐเนวาดา มีกําหนดเปดใชงานในป ค.ศ. 2006 โรงไฟฟาดังกลาวมีพื้นท่ีรับแสง 10,346 ตารางเมตร

รูปท่ี 2.11 แสดงสนามตัวรบัรังสีดวงอาทติยแบบรางพาราโบลาของโรงไฟฟา Nevada-SEGS อยูระหวางการกอสรางที่ Eldarado Valley รัฐเนวาดา

12

รูปที่ 2.12 แสดงภาพโรงไฟฟา Nevada-SEGS

รูปที ่2.13 แสดงลักษณะของตัวรับรังสีดวงอาทิตยที่จะนาํมาใชโรงไฟฟา Nevada-SEGS

5) โรงไฟฟาพลังงานแสงอาทิตย Arizona APS 1 MWe รัฐอริโซนา มีพ้ืนที่สวนใหญเปนทะเลทราย และไดรับรังสีตรงของดวงอาทิตยคอนขางสูง

ทางการของรัฐจึงไดรวมมือกับบริษัท ORMAT และ Solargenix จัดตั้งโรงไฟฟาพลังงานแสงอาทิตย

13

แบบรางพาราโบลาขนาด 1 MWe ที่ Saguaro ทางตะวันออกของเมือง Phoenix รัฐอริโซนา โดยไดเริ่มดําเนินการกอสรางตั้งแตเดือนมีนาคม ค.ศ. 2004 กําหนดแลวเสร็จในป ค.ศ. 2006 โรงไฟฟาดังกลาวมีลักษณะเดียวกับโรงไฟฟา SEGS ท่ีรัฐแคลิฟอรเนีย โรงไฟฟานี้สามารถควบคุมการทํางานและติดตามสมรรถนะจากระยะไกลได (remote control and monitor) แผนภูมิการทํางานของโรงไฟฟาแสดงดัง รูปที่ 2.14

รูปที่ 2.14 แสดงแผนภูมิการทํางานของโรงไฟฟา Arizona APS 1 MWe

รูปที ่2.15 แสดงลักษณะของตัวรับรังสีดวงอาทิตยที่จะนาํมาใชโรงไฟฟา Arizona APS 1 MWe

14

รูปที ่2.16 แสดงสนามตัวรบัรังสีดวงอาทติยของโรงไฟฟา Arizona APS 1 MWe

2.2 ระบบผลิตไฟฟาแบบหอคอย (power tower) ระบบผลิตไฟฟาแบบหอคอย จะประกอบดวยหอคอย (tower) และระบบกระจกสะทอนแสงแผนราบ (heliostat) โดยกระจกแตละแผนจะสะทอนแสงอาทิตยไปรวมกันที่หอคอย ซึ่งมีตัวรับ รังสีดวงอาทิตยท่ีมีของไหลไหลผาน เพื่อพาพลังงานความรอนท่ีไดไปใชขับเคลื่อนเครื่องยนตสําหรับผลิตไฟฟา ของไหลที่ใชมีทั้งเกลือหลอมละลาย (molten salt) นํ้า และอากาศ ลักษณะทั่วไปของระบบผลิตไฟฟาแบบหอคอยแสดงไวในรูปท่ี 2.17 โรงไฟฟาแบบนี้ที่สําคัญมีดังนี้

รูปที่ 2.17 ระบบผลิตไฟฟาพลังงานแสงอาทิตยแบบหอคอย

Receiver

Tower Heliostats

15

1) โรงไฟฟาพลังงานแสงอาทิตย Eurelios เปนโรงไฟฟาแบบหอคอยแหงแรกที่ผลิตไฟฟาจาก

พลังงานแสงอาทิตยท่ีผลิตไฟฟาปอนเขาสูเครือขายสายสง โรงไฟฟานี้ตั้งอยูท่ีเมือง Adrano บนเกาะ Sicily ประเทศอิตาลี มีกําลังการผลิต 1.0 MWe เริ่มใชงานในป ค.ศ. 1981 โดยมีวัตถุประสงคเพื่อศึกษาความเปนไปไดทางเทคนิคของการผลิตไฟฟาระบบหอคอยเพื่อปอนใหกับระบบสายสง และเพื่อประเมินผลทางเศรษฐศาสตรของการผลิตไฟฟาดวยพลังงานแสงอาทิตย โรงไฟฟาดังกลาวใชนํ้าเปนตวัพาความรอนจากตัวรับแสงบนหอคอยมาเปนกําลังในการผลิตไฟฟาและมีถังเก็บสะสมความรอนระยะสั้น นอกจากนี้ยังมีแผนสะทอนแสง (heliostat) 2 แบบ ซ่ึงมีขนาดตางกัน เพื่อศึกษาเปรียบเทียบสมรรถนะกัน โรงไฟฟานี้จะเริ่มทํางานเมื่อรังสีตรงมีคาสูงกวา 450 W/m2 และใชเวลาในการ start-up 2 ช่ัวโมง ตลอดชวงเวลาที่ทดลองใชงาน สามารถผลิตไฟฟาไดท้ังหมด 130 MWeh

รูปที่ 2.18 แสดงภาพโรงไฟฟา Eurelios

2) โรงไฟฟาพลังงานแสงอาทิตยแบบหอคอย IEA-SSPS โรงไฟฟานี้ตั้งอยูท่ีเดียวกับโรงไฟฟา พลังงานแสงอาทิตย IEA-SSPS แบบใชรางพาราโบลิก (parabolic trough) ที่ Almeria ประเทศสเปน เริ่มใชงานในป ค.ศ. 1981 โดยมีวัตถุประสงคเพื่อเปรียบเทียบสมรรถนะของโรงไฟฟาทั้ง 2 แบบ โรงไฟฟาดังกลาวประกอบดวย 2 วงจร และมีถังเก็บสะสมความรอน 2 ถัง คลายกับโรงไฟฟาพลังงานแสงอาทิตย Themis ของฝรั่งเศส โดยวงจรแรกจะใชโซเดียมเปนของเหลวพาความรอน (heat transfer fluid) และวงจรที่ 2 เปนระบบน้ํา/ไอน้ํา โดยในวงจรแรกโซเดียมจะไหลผานตัวรับรังสีบนหอคอย แลว

16

ไหลมาเก็บในถังเก็บสะสมความรอน จากนั้นวงจรท่ี 2 จะนําความรอนนี้ไปผลิตไอน้ํา สําหรับเปนตนกําลังเพื่อผลิตไฟฟา โรงงานไฟฟาแบบหอคอย IEA-SSPS นี้ออกแบบใหมีกําลังการผลิต 500 kWe โดยทดสอบใชงานในชวงป ค.ศ. 1981 จนถึง ค.ศ. 1986 ซึ่งไดพลังงานไฟฟาทั้งหมด 80 MWeh

รูปที่ 2.19 แสดงภาพโรงไฟฟา IEA-SSPS

3) โรงไฟฟาพลังงานแสงอาทิตย โครงการ Sunshine ของญี่ปุน โครงการนี้ตองการศึกษาการผลิตไฟฟาระบบหอคอย ตั้งอยูท่ีเมือง Nio ประเทศญี่ปุน

มีกําลังการผลิต 1 MWe ใชน้ําเปนตัวกลางพาความรอนจากตัวรับแสงบนหอคอย เพื่อทําการขับเคลื่อนระบบผลิตไฟฟาแบบกังหันไอน้ํา ปจจุบันหยุดดําเนินการไปแลว

4) โรงไฟฟาพลังงานแสงอาทิตย Solar One เปนโรงไฟฟาแบบหอคอยขนาดกําลังผลิต 10 MWe ตั้งอยูที่ทางตอนใตของรัฐแคลิฟอรเนีย ประเทศสหรัฐอเมริกา โดยไดใชงานในตั้งแตป ค.ศ. 1982 ถึง 1988 โรงไฟฟานี้ใชนํ้าเปนตัวกลางในการถายเทความรอนจากตัวรับรังสีบนหอคอยมายังเครื่องยนตกังหันไอน้ําสําหรับผลิตไฟฟา นอกจากนี้ยังมีถังเก็บสะสมความรอน (thermal storage) สําหรับใหพลังงานเมื่อรังสีดวงอาทิตยไมเพียงพอ โรงไฟฟาดังกลาวมีพื้นที่ของตัวสะทอนแสง (heliostat) 71,095 ตารางเมตร แผนภูมิการทํางานของโรงไฟฟาดังกลาวแสดงไวในรูปที่ 2.20

17

รูปที่ 2.20 แผนภูมิของโรงไฟฟา Solar One ขนาด 10 MWe (Grass et al., 1991)

รูปท่ี 2.21 แสดงภาพโรงไฟฟา Solar One

5) โรงไฟฟาพลังงานแสงอาทิตย CESA-1 เปนโรงไฟฟาของกลุมประชาคมยุโรป ตั้งอยูที่

เมือง Almeria ประเทศสเปน มีกําลังการผลิตไฟฟา 1.0 MWe โรงไฟฟานี้ใชน้ําเปนของไหลถายเทความรอน (heat transfer fluid) และมีถังเก็บสะสมความรอน 2 ถัง โรงไฟฟานี้ใชงานในชวง ค.ศ. 1983 ถึง 1984 โดยมีการทดลองทํางานใน mode ตางๆ เชน การใชความรอนจากตัวรับรังสีบนหอคอย (tower) โดยตรง การใชความรอนจากถังเก็บสะสมความรอน และการใชความรอนจากตัวรับรังสีบนหอคอย

18

รวมกับความรอนจากถังเก็บสะสมความรอน เปนตน ไฟฟาท่ีไดจะถูกปอนเขาสูเครือขายสายสง โดยในชวง 2 ปที่ใชงานผลิตไฟฟาได 130 MWeh

รูปที่ 2.22 แสดงภาพโรงไฟฟา CESA-1

6) โรงไฟฟาพลังงานแสงอาทิตย Themis ตั้งอยูที่เมือง Targasonne ทางตอนใตของประเทศ ฝรั่งเศส มีกําลังการผลิตไฟฟา 2.0 MWe เริ่มใชงานในป ค.ศ. 1982 โดยมีวัตถุประสงคเพื่อทดสอบระบบการผลิตไฟฟาพลังงานแสงอาทิตยระบบหอคอยที่ใชเกลือหลอมละลาย (molten salt) เปนสารถายเทความรอนจากตัวรับรังสี (receiver) ของหอคอย ลักษณะของแผนภูมิของโรงไฟฟา Themis แสดงไวในรูปที่ 2.23

19

รูปที่ 2.23 แผนภูมิการทํางานของโรงไฟฟาพลังงานแสงอาทิตย Themis (Grass et al., 1991)

รูปที่ 2.24 แสดงภาพโรงไฟฟา Themis

20

ในการทํางาน เกลือหลอมละลาย (molten salt) จะพาความรอนจากตัวรับรังสี (receiver) บน หอคอยไปเก็บสะสมไวในถังจนปริมาณความรอนเพียงพอจึงจะเริ่มทําการผลิตไฟฟา ซึ่งโดยทั่วไปจะใชเวลาประมาณ 2-3 ช่ัวโมง การผลิตไฟฟาจะดําเนินตอเนื่องจนถึงตอนเย็นจนกระทั่งความรอนในถังเก็บหมด โรงไฟฟานี้ออกแบบใหมีกําลังการผลิต 2.4 MWe ในชวงที่ทดลองใชงานระหวาง ป ค.ศ. 1983 ถึง 1986 สามารถผลิตไฟฟาไดเฉลี่ยปละ 650 kWeh สมรรถนะของโรงไฟฟาดังกลาว แสดงไวใน ตารางที่ 2.3

ตารางที่ 2.3 สมรรถนะของโรงไฟฟาพลังงานแสงอาทิตย Themis (Grass et al., 1991)

Jul-Dec 1983

Jan-Dec 1984

Jan-Dec 1985

Jan-Jun 1986

Total

Plant output (MWeh)

45.3 573.9 765.9 543.7 1,929

7) โรงไฟฟา C3C-5

โรงไฟฟา C3C-5 ตั้งอยูที่คาบสมุทร Crimea ประเทศสหภาพโซเวียต โดยเริ่มใชงานในป ค.ศ. 1985 โรงไฟฟาดังกลาวมีกําลังการผลิต 5 MWe ใชนํ้าเปนตัวกลางพาความรอนจากตัวรับแสงบนหอคอยมาเปนพลังงานเพื่อผลิตไอน้ําสําหรับใชเปนตนกําลังในการผลิตไฟฟา ปจจุบันหยุดดําเนินการไปแลว

รูปที ่2.25 แสดงภาพโรงไฟฟา C3C-5

21

8) โรงไฟฟา Solar Two หลังจากที่มีการพัฒนาโรงไฟฟา Solar One แลวไดมีโครงการตอเนื่อง เพื่อสรางโรงไฟฟา

Solar Two กําลังการผลิต 10 MWe ขึ้นที่ Barstow รัฐแคลิฟอรเนียรในป 1996 โรงไฟฟาดงักลาวใชเกลอืไนเตรตหลอมละลาย (molten nitrate salt) เปนของเหลวพาความรอน (heat transfer fluid) และตัวกลางในการเก็บสะสมความรอน โดยจะทําการสูบเกลือหลอมละลายจากถังเก็บขนาด 230,000 แกลลอน ที่อุณหภูมิ 290 °C ผานไปยังตัวรับรังสีบนหอคอย ซึ่งจะไดเกลือหลอมละลายที่อุณหภูมิ 565 °C แลวนําไปเก็บในตัวถัง เพ่ือนําไปผลิตไอน้ําสําหรับเดินเครื่องยนตผลิตไฟฟา โรงไฟฟาดังกลาวใชเพ่ือการวิจัย และใชงานจนถึงป ค.ศ. 1999 จึงหยุดดําเนินการ

รูปที่ 2.26 แสดงถังเก็บสะสมความรอนของโรงไฟฟา Solar Two

22

รูปท่ี 2.27 แสดงแผนภูมิการทํางานของโรงไฟฟา Solar Two

รูปที่ 2.28 แสดงภาพโรงไฟฟา Solar Two

23

รูปที่ 2.29 แสดงแผนสะทอนแสงของโรงไฟฟา Solar Two

9) ระบบผลิตไฟฟา PS 10 โรงไฟฟา PS 10 ตั้งอยูที่เมือง Seville ประเทศสเปน เริ่มการกอสรางเมื่อป ค.ศ. 2004 มี

กําลังการผลิต 11 MWe สามารถผลิตไฟฟาได 23,000 MWeh ตอป โรงไฟฟานี้ใชไอน้ําที่ความดัน 40 bar อุณหภูมิ 250 °C ซึ่งไดจากตัวรับแสงบนหอคอยในการขับเคลื่อนเครื่องยนตผลิตไฟฟา โดยมีแผนสะทอนแสง (heliostat) จํานวน 624 ชุด และมีถังเก็บความรอนในรูปไอน้ําอ่ิมตัว ซึ่งสามารถใชงานได 50 นาที แผนภูมิการทํางานของระบบแสดงดังรูปที่ 2.30

24

รูปที่ 2.30 แสดงแผนภูมิการทํางานของโรงไฟฟา PS 10

รูปที่ 2.31 แสดงภาพจําลองของโรงไฟฟา PS 10

25

รูปท่ี 2.32 แสดงภาพโรงไฟฟา PS 10

รูปที่ 2.33 แสดงแผนสะทอนแสงสําหรับใชติดตั้งในโรงไฟฟา PS 10

10) โรงไฟฟา Solar Tres โรงไฟฟา Solar Tres ตั้งอยูที่เมือง Cordoba ประเทศสเปน มีกําลังการผลิตไฟฟา 15 MWe

ใชเกลือหลอมละลายเปนของเหลวพาความรอนจากตัวรับรังสีบนหอคอย และเปนตัวกลางในการเก็บสะสมความรอน เชนเดียวกับโรงไฟฟา Solar Two ถังเก็บสะสมความรอนบรรจุเกลือหลอมละลายได

26

6,250 MT และเก็บความรอนไวใชงานได 16 ช่ัวโมง โรงไฟฟานี้ใชแผนสะทอนแสง 2,493 ชุด ซ่ึงรวมพ้ืนที่ท่ีใชในการสะทอนแสงทั้งส้ิน 240,000 ตารางเมตร

รูปท่ี 2.34 แสดงแผนภูมิการทํางานของโรงไฟฟา Solar Tres

รูปที่ 2.35 แสดงภาพจําลองของโรงไฟฟา Solar Tres

27

2.3 ระบบจานพาราโบลารวมกับเครือ่งยนตสเตอรลิง ระบบผลิตไฟฟาแบบนี้จะใชหลักการแปลงพลังงานจากรังสีดวงอาทิตยใหเปนความรอนแลว

แปลงพลังงานความรอนใหเปนพลังงานกลเพื่อนําไปผลิตไฟฟา โดยระบบจะประกอบดวยจานรวมแสงแบบพาราโบลาและเครื่องยนตสเตอรลิง (stirling engine) กับเครื่องกําเนิดไฟฟา โดยตัวรวมแสงแบบจานพาราโบลา อาจมีแผนสะทอนเปนผิวตอเนื่อง หรือประกอบดวยแผนสะทอนแสงหลายชิ้นซึ่งประกอบกันเปนผิวโครงพาราโบลา และมีเครื่องยนตสเตอรลิงกับเครื่องกําเนิดไฟฟาวางอยูที่จุดโฟกัสของจานพาราโบลา และจานดังกลาวตองมีระบบขับเคลื่อนแบบ 2 แกนตามดวงอาทิตยตลอดทั้งวัน โดยท่ัวไประบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิง 1 ชุด จะมีกําลังการผลิต 25-40 kWe แตละชุดสามารถทํางานโดยอิสระ ถาตองการกําลังไฟฟามากก็ติดตั้งจํานวนหลายชุดคลายกับระบบผลิตไฟฟาดวยโซลารเซลล ตัวอยางของระบบผลิตไฟฟาแบบนี้ มีดังนี้

รูปที่ 2.36 แสดงหลักการทํางานระบบผลติไฟฟาแบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิง

Stirling engine

Parabolic dish

28

1) ระบบผลิตไฟฟาพลังงานแสงอาทิตย Vangard 1 ระบบผลิตไฟฟานี้ตั้งอยูที่เมือง Rancho Mirage รัฐแคลิฟอรเนีย ประเทศสหรัฐอเมริกา เริ่มใชงานเมื่อป ค.ศ. 1984 โดยประกอบดวยจานพาราโบลาขนาดเสนผานศูนยกลาง 10.7 เมตร มีพ้ืนที่รับแสง 86.7 ตารางเมตร และที่โฟกัสติดตั้งเครื่องยนตสเตอรลิง และเครื่องกําเนิดไฟฟา ระบบผลิตไฟฟานี้มีกําลังการผลิต 25 kWe โดยไดดําเนินการทดสอบใชงานในชวงเดือนกุมภาพันธ ค.ศ. 1984 จนถึงเดือนมิถุนายน ค.ศ. 1985 ผลการทดสอบพบวา โรงไฟฟามีประสิทธิภาพสูงถึง 30 % ซึ่งสูงที่สุดในบรรดาโรงไฟฟาพลังงานแสงอาทิตยทั้งหมด สมรรถนะของโรงไฟฟาดังกลาวแสดงไวในรูปที่ 2.37

รูปที่ 2.37 สมรรถนะของระบบผลิตไฟฟาพลังงานแสงอาทิตย Vangard 1 (Grass et al., 1991)

2) ระบบผลิตไฟฟาพลังงานแสงอาทิตย MDAC เปนระบบที่มีการผลิตในเชิงการคา โดยมีกําลังการผลิต 25 kWe ตัวระบบประกอบดวยจานพาราโบลา และเครื่องยนตสเตอรลิง คลายกบัระบบผลิตไฟฟา Vangard 1 จานพาราโบลิกมีเสนผาศูนยกลาง 10.5 เมตร และมีพื้นที่รับแสง 91.5 ตารางเมตร

29

3) ระบบผลิตไฟฟาพลังงานแสงอาทิตย SBP 50 ตั้งอยูที่เมอืง Riyard ประเทศซาอุดิอาระเบีย ตัวรับรังสีดวงอาทิตยเปนจานพาราโบลาขนาดเสนผานศนูยกลาง 17 เมตร และมีพ้ืนที่รับแสง 227 ตารางเมตร ทําดวย glass-metal membrane แสงจะถูกสะทอนไปรวมกันทีโ่ฟกัส ซึ่งเปนท่ีตั้งของเครื่องยนตสเตอรลิงและเครื่องกําเนิดไฟฟา ระบบดังกลาวม ี 2 ชุด (รูปที ่2.38) โดยมกีาํลังการผลิตไฟฟารวม 50 kWe สมรรถนะระบบผลิตไฟฟาดังกลาวแสดงไวในรูปท่ี 2.39

รูปที่ 2.38 แสดงระบบผลิตไฟฟาพลังงานแสงอาทิตย SBP50

30

รูปที่ 2.39 แสดงอิทธิพลของความเร็วลมที่มีตอ power output ของระบบผลิตไฟฟา SBP 50 (Grass et al., 1991)

4) ระบบผลิตไฟฟาแบบจานพาราโบลาที่พัฒนาโดยบริษัท Boeing และ Stirling Energy System (SES)

ระบบผลิตไฟฟานี้ จานสะทอนแสงแตละชุดประกอบดวยแผนสะทอนแสงยอยๆ 82 แผน มีพื้นท่ีรวมประมาณ 87.7 m2 ทําดวยกระจกหนา 0.7 มม. ซึ่งมีสัมประสิทธิ์การสะทอน 0.91 มีระบบควบคุมการหมุนของจานตามดวงอาทิตยแบบอัตโนมัติ ใชเครื่องยนตสเตอรลิง Kockums 4 - 95 แบบ 4 สูบ ทํางานท่ีอุณหภูมิ 720 0C ระบบดังกลาวใหกําลังไฟฟา 25 kWe ที่ความเขมรังสีตรง 1000 W/m2 โดยมีประสิทธิภาพสูงสุด 29.4% ลักษณะของระบบแสดงดังรูปที่ 2.40

31

รูปที่ 2.40 แสดงระบบผลิตไฟฟาดวยพลังงานแสงอาทิตย ซึ่งพัฒนาโดย Boeing/SES

รูปที่ 2.41 แสดงภาพเครื่องยนตสเตอรลิง Kockums 4-95

5) ระบบผลิตไฟฟาดวยพลังงานแสงอาทิตยแบบจานพาราโบลาที่พัฒนาโดยบริษัท Science Application International Corporation (SAIC) ระบบผลิตไฟฟาดังกลาวมีจานพาราโบลาที่ประกอบดวยแผนสะทอนแสงที่ทําดวยกระจก

หลายแผนซึ่งเรียงตอกันเปนจานพาราโบลาแบบไมตอเนื่อง มีพื้นท่ีรับแสงรวม 114 ตารางเมตร (เสนผานศูนยกลาง 14 เมตร) โดยแตละแผนจะสะทอนแสงไปรวมที่จุดโฟกัสของจาน แตละระบบมีกําลัง

32

การผลิตไฟฟา 23 kWe ที่ความเขมรังสีตรง 1000 W/m2 เครื่องยนตสเตอรลิงท่ีใชเปนแบบ STM 4-12 Kinematic มี 4 สูบ ทํางานที่อุณหภูมิ 720 0C และตัวรับรังสีจะทํางานรวมกับ hybrid burner ซึ่งทําใหสามารถทํางานไดในชวงไมมีแสงอาทิตย

รูปที่ 2.42 แสดงระบบผลิตไฟฟาแบบจานพาราโบลา ที่พัฒนาโดยบริษัท STM Corp.

รูปที่ 2.43 แสดงเครื่องยนตสเตอรลิง STM 4-120 Kinematic

33

6) ระบบผลิตไฟฟา Euro dish หนวยงาน German – Spanish Consortium ไดทําการพัฒนาระบบผลิตไฟฟา Euro dish ที่

ศูนยวิจัยพลังงานแสงอาทิตยของสหภาพยุโรป เมือง Almaria ประเทศสเปน ระหวางป ค.ศ. 1998-2001 ระบบดังกลาวมีกําลังการผลิต 10 kWe โดยแตละระบบประกอบดวยจานพาราโบลาขนาดเสนผาน-ศูนยกลาง 8 เมตร ทําดวย fiber-glass และเครื่องยนตสเตอรลิง SOLO 161 ระบบนี้มีการนําไปสาธิตใชงานที่อิตาลีและอินเดียในป ค.ศ. 2002 ลักษณะของระบบแสดงดังรูปที่ 2.44

รูปท่ี 2.44 แสดงระบบผลิตไฟฟา Euro dish system

รูปที ่2.45 แสดงเครื่องยนตสเตอรลิง SOLO 161

34

รูปที่ 2.46 แสดงระบบผลิตไฟฟา Euro dish ในประเทศอินเดีย

7) โรงไฟฟาที่ระบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิง ขนาด 1 MWe ที่รัฐเนวาดา หลังจากที่มีการพัฒนาระบบผลิตไฟฟาแบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิง ซึ่ง

มีกําลังการผลิต 10-40 kWe ในหลายประเทศ ในประเทศสหรัฐอเมริกาจึงไดมีการจัดตั้งโรงไฟฟาที่ประกอบดวยระบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิงรวมหลายชุดในลักษณะของโรงไฟฟาซึง่มีกําลังการผลิตรวม 1 MWe ที่รัฐเนวาดา ท้ังนี้เพื่อศึกษาสมรรถนะของระบบในการผลิตไฟฟาในเชิงพาณิชย ลักษณะของระบบแสดงดังรูปท่ี 2.47

รูปที่ 2.47 แสดงระบบโรงไฟฟาที่ประกอบดวยระบบผลิตไฟฟาแบบจานพาราโบลา

รวมกับเครื่องยนตสเตอรลิง 2 ระบบที่ติดตั้งทดสอบการทํางานที ่วิทยาเขตของ University of Nevada Las Vegas

บทที่ 3 วธิกีารวจิัยและผล

ในงานวิจัยนี้ ผูวิจัยจะทําการศึกษาเปรียบเทียบสมรรถนะของระบบผลิตไฟฟาดวยพลังงานแสงอาทิตยแบบรวมแสง 3 ระบบ ไดแกระบบรางพาราโบลา ระบบหอคอย และระบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิง โดยอาศัยการจําลองการทํางานระบบดวยคอมพิวเตอร โดยมีรายละเอียดดังนี้ 3.1 การเลือกตําแหนงที่ตั้งของระบบผลิตไฟฟา เนื่องจากระบบผลิตไฟฟาดวยพลังงานแสงอาทิตยแบบรวมแสงทํางานดวยรังสีตรง และการจําลองการทํางานของระบบตองใชขอมูลรังสีตรงจากการวัดรายชั่วโมง หรือนอยกวา 1 ช่ัวโมง ดังนั้น ในลําดับแรก ผูวิจัยจะทําการเลือกบริเวณที่มีความเขมรังสีตรงสูงโดยอาศัยแผนที่ความเขมรังสีตรง ซึ่งพัฒนาโดยหองปฏิบัติการวิจัยพลังงานแสงอาทิตยรวมกับกรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษพลังงาน ซึ่งไดแสดงในรูปที่ 3.1

36

รูปที่ 3.1 แสดงบริเวณที่ความเขมรังสีตรงมีคาสูงสุด และตําแหนงท่ีมขีอมูลรังสีตรงที่ไดจากการวดั

บริเวณที่ความเขมรังสีตรงมีคาสูงสุด

จุดที่ทําการวัดความเขมรังสีตรง

37

จากรูปที่ 3.1 พบวาบริเวณที่ไดรับความเขมรังสีตรงสูงอยูในพื้นท่ีบางสวนของภาคกลางครอบคลุมบางสวนของจังหวัดสิงหบุรี นครสวรรค ลพบุรี และชัยนาท สวนภาคตะวันออกเฉียงเหนือตอนลาง ครอบคลุมพื้นที่บางสวนของจังหวัดนครราชสีมา ชัยภูมิ รอยเอ็ด ยโสธร สุรินทร และอุบลราชธานี โดยมีคาอยูในชวง 1,350-1,400 kWh/m2-yr ผูวิจัยไดเลือกพ้ืนที่ของจังหวัดรอยเอ็ดสําหรับจําลองการทํางานของระบบผลิตไฟฟาดวยคอมพิวเตอร ท้ังนี้เพราะจังหวัดรอยเอ็ดอยูในบริเวณท่ีไดรับพลังงานจากรังสีตรงคอนขางสูง นอกจากนี้ยังเปนจังหวัดท่ีมีขอมูลรังสีตรงราย 10 นาที ซึ่งจําเปนตอการจําลองการทํางานดวยคอมพิวเตอร 3.2 การเตรียมขอมูลรังสีตรงและขอมูลอุตุนิยมวิทยาอื่นๆ 3.2.1 ขอมูลรังสีตรง ขอมูลความเขมรังสีตรงที่จะนํามาใชในงานวิจัยนี้ไดจากสถานีอุตุนิยมวิทยาเกษตร อําเภอเมือง จังหวัดรอยเอ็ด (16.07 ON, 103.00 OE)โดยเครื่องวัดเปนของกรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษพลังงาน ซ่ึงติดตั้งอยูท่ีสถานีอุตุดังกลาว ตั้งแตเดือน พฤษภาคม พ.ศ. 2549 จนถึงปจจุบัน(พฤษภาคม พ.ศ. 2550) เครื่องวัดเปนไพเฮริโอมิเตอรของบริษัท Epply รุน NIP ติดตั้งบนเครื่องติดตามดวงอาทิตย(Solar tracker) ของบริษัท Kipp&Zonen รุน 2AP สัญญาณที่ไดจะบันทึกดวยเครื่องบันทึกสัญญาณแบบตัวเลข (data logger) ของบริษัทโยโกกาวา รุน DC100

รูปท่ี 3.2 แสดงเครื่องวัดรังสีตรงซึ่งติดตั้งบนเครื่องติดตามดวงอาทิตย ที่สถานีอุตุเกษตร อําเภอเมือง จังหวัดรอยเอ็ด

38

รูปท่ี 3.3 แสดงเครื่องบันทกึขอมูล

เครื่องวัดรังสีตรงจะไดสัญญาณเปนศักยไฟฟา โดยเครื่องบันทึกขอมูลจะรับสัญญาณจากเครื่องวัดรังสีตรงทุกๆ 1 วินาที จากนั้นจะเฉลี่ยทุกๆ 10 นาที และเก็บคาเฉลี่ยในหนวยความจํา เมื่อครบ 1 เดือนเจาหนาที่ประจําสถานีจะทําการบันทึกขอมูลลงดิสตเก็ตของเครื่องบันทึกขอมูลและจดัสงมาทาง อีเมลล(email)มายังหองปฏิบัติการวิจัยพลังงานแสงอาทิตย มหาวิทยาลัยศิลปากร ผูวิจัยจะทําการแปลงขอมูลสัญญาณไฟฟาใหเปนความเขมรังสีตรงโดยการหารดวยคา sensitivity ของเครื่องวัดซึ่งมีคาประมาณ (8 µV/(W-m2) โดยขอมูลท่ีนํามาใชงานจะเริ่มตั้งแตวันที่ 1 พฤษภาคม พ.ศ. 2549 จนถึง วันท่ี 30 เมษายน พ.ศ. 2550

39

เนื่องจากคาความเขมรังสีตรงและรังสีรวมที่ไดนั้น ถึงแมจะไดมาจากเครื่องวัดที่มีสมรรถนะสูง แตก็มีโอกาสเกิดการผิดพลาดได ดังนั้นผูวิจัยจึงไดทําการควบคุมคุณภาพขอมูลโดยการตรวจสอบขอมูลราย 10 นาที ดวยวิธีการอาศัยการจําลองการทํางานของระบบดวยคอมพิวเตอรใหแสดงกราฟคาความเขมรังสีตรงและรังสีรวมตลอดทั้งปซึ่งจะตรวจสอบคาที่ผิดปกติไดโดยงาย ซึ่งคาที่ผิดปกตินี้ไดแกคาความเขมรังสีตรงหรือรังสีรวมที่สูงจนผิดปกติหรือต่ํากวาผิดปกติ ซึ่งผูวิจัยไดแสดงตัวอยางการตรวจสอบขอมูลที่ผิดปกติดังรูปท่ี 3.4 จากนั้นทําจึงทําการซอมคาท่ีผิดปกติดังกลาว โดยผูวิจัยใชวิธี linear interpolation กับขอมูลท่ีผิดพลาดหรือขาดหายเพียงเล็กนอยในเพียงบางชวงเวลาเล็กนอยเพียง 1-2 คาในแตละวัน

รูปที่ 3.4 แสดงขอมูลรังสีดวงอาทิตยท่ีมีคาสูงผิดปกต ิ

หลังจากผูวิจัยไดทําการควบคุมคุณภาพของขอมูล โดยกลั่นกรองขอมูลที่ผิดปกติออกจากขอมูลท้ังหมดและทําการซอมขอมูลเสร็จส้ิน จะไดขอมูลความเขมรังสีตรงราย 10 นาทีดังกลาวขางตนมีจํานวน 52,560คาดังแสดงในรูปท่ี 3.5

40

รูปที่ 3.5 แสดงเขมรังสีตรงตั้งแต วนัท่ี 1 พฤษภาคม พ.ศ.2549 ถึง วนัที่ 30 เมษายน พ.ศ.2550 ของ จังหวัดรอยเอ็ดที่ผานการควบคุมคุณภาพขอมูลแลว ในการวิเคราะหขอมูล ผูวิจัยไดวิเคราะหการแปรคาตามเวลาในรอบวันและตามฤดูกาลในรอบป ของรังสีตรงที่สถานีรอยเอ็ดแสดงไวในรูปที่ 3.6 และ 3.7 ตามลําดับจากกราฟจะเห็นวาความเขมรังสีตรงจะคอยๆ ลดลงจากเดือนมกราคมจนถึงมีนาคม และมีคาคอนขางต่ําในชวงเดือนมิถุนายนถึงกันยายน เนื่องจากเปนชวงฤดูฝนแลวคอยๆ เพิ่มขึ้นในชวงเดือนกันยายนถึงมกราคม เพราะอิทธิพลลมมรสุมตะวันออกเฉียงเหนือ

41

MAY 2006

0

300

600

900

1200

5 7 9 11 13 15 17 19Time

DN

I (W

/m2 )

JUN 2006

0

300

600

900

1200

5 7 9 11 13 15 17 19Time

DN

I (W

/m2 )

JUL 2006

0

300

600

900

1200

5 7 9 11 13 15 17 19Time

DN

I (W

/m2 )

AUG 2006

0

300

600

900

1200

5 7 9 11 13 15 17 19Time

DN

I (W

/m2 )

SEP 2006

0

300

600

900

1200

5 7 9 11 13 15 17 19Time

DN

I (W

/m2 )

OCT 2006

0

300

600

900

1200

5 7 9 11 13 15 17 19Time

DN

I (W

/m2 )

NOV 2006

0

300

600

900

1200

5 7 9 11 13 15 17 19Time

DN

I (W

/m2 )

DEC 2006

0

300

600

900

1200

5 7 9 11 13 15 17 19Time

DN

I (W

/m2 )

JAN 2007

0

300

600

900

1200

5 7 9 11 13 15 17 19Time

DN

I (W

/m2 )

FEB 2007

0

300

600

900

1200

5 7 9 11 13 15 17 19Time

DN

I (W

/m2 )

MAR 2007

0

300

600

900

1200

5 7 9 11 13 15 17 19Time

DN

I (W

/m2 )

APR 2007

0

300

600

900

1200

5 7 9 11 13 15 17 19Time

DN

I (W

/m2 )

รูปท่ี 3.6 แสดงการแปรคาความเขมรังสีตรงรายชัว่โมงเฉลี่ยตอเดือนตามเวลาในรอบวัน

(error bar แทนชวงความแตกตางจากคาเฉลี่ย 1± standard deviation)

42

0

5

10

15

20

25

May-06 Jun-06 Jul-06 Aug-06 Sep-06 Oct-06 Nov-06 Dec-06 Jan-07 Feb-07 Mar-07 Apr-07Month

Direct

norm

al irra

diatio

n (MJ

/m2 -da

y)

รูปที่ 3.7 แสดงการแปรคาตามฤดูกาลในรอบปของความเขมรังสีตรงที่สถานรีอยเอด็ระหวางวนัที ่1 พฤษภาคม พ.ศ.2549 ถึง วนัที่ 30 เมษายน พ.ศ.2550 สําหรับพลังงานจากรังสีตรงรวมตลอดทั้งปของรอยเอ็ดมีคา 1,429 (kWh/m2-yr) จะเห็นวารังสีตรงมีคาคอนขางต่ําเมื่อเทียบกับรังสีตรงในบริเวณท่ีมีการจัดตั้งโรงไฟฟาพลังงานแสงอาทิตยแบบรวมแสงในตางประเทศ ซึ่งโดยทั่วไปจะมีรังสีตรงสูงกวา 2,000 kWh/m2-yr แตอยางไรก็ตามคารังสีตรงในประเทศไทยก็ยังสูงกวาในยุโรปกลางและยุโรปเหนือ ซึ่งมีคารังสีตรงต่ํากวา 1,000 kWh/m2-yr (Schwarzbozl, 2006) 3.2.2 ขอมูลความเร็วลม ขอมูลความเร็วลมท่ีไดมาทั้งหมดมาจากงานบริการขอมูลของกรมอุตุนิยมวิทยาเปนขอมูลราย 3 ช่ัวโมงมีหนวยเปน(น็อต) ซึ่งขอมูลดังกลาวเปนขอมูลที่อยูในรูปแบบ html ดังแสดงในรูปท่ี 3.8 สําหรับขอมูลความเร็วลมท่ีใชนั้นเปนขอมูลความเร็วลมราย 10 นาทีในหนวย m/s ผูวิจัยทําการแปลงขอมูลดังกลาวใหอยูในรูปแบบ text file ใหมีหนวยเปน m/s จากนั้นทําการคํานวณหาคาความเร็วลมราย 10 นาที ผูวิจัยใชวิธี linear interpolation โดยอาศัยโปรแกรม IDL

43

รูปที่ 3.8 แสดงขอมูลความเร็วลมราย 3 ช่ัวโมงอยูในรูปแบบ html file

3.2.3 ขอมูลอุณหภูมิ ขอมูลอุณหภูมิท่ีไดมาท้ังหมดมาจากงานบริการขอมูลของกรมอุตุนิยมวิทยาเปนขอมูลราย 3 ช่ัวโมงมีหนวยเปน Co ซึ่งขอมูลอยูในรูปแบบ html file เชนเดียวกับขอมูลความเร็วลม ดังแสดงในรูปที่ 3.9 ผูวิจัยไดทําการคํานวณใหเปนขอมูลราย 10 นาทีโดยใชวิธี linear interpolation ดวยโปรแกรม IDL

44

รูปที่ 3.9 แสดงขอมูลอุณหภมูิราย 3 ช่ัวโมงอยูในรูปแบบ html file

3.2.4 ขอมูลความชื้นสัมพัทธของอากาศ ขอมูลความชื้นสัมพัทธของอากาศนี้ไดมาจากงานบริการขอมูลของกรมอุตุนิยมวิทยาเปนขอมูลราย 3 ช่ัวโมง เชนเดียวกับกรณีขอมูลความเร็วลมและขอมูลอุณหภูมิ โดยเปนขอมูลราย 3 ช่ัวโมงอยูในรูปแบบ html file ผูวิจัยใชวิธี linear interpolation ดวยโปรแกรม IDL ใหเปนขอมูลราย 10 นาทีสําหรับนํามาใชงาน

45

รูปที่ 3.10 แสดงขอมูลความชื้นสัมพัทธของอากาศราย 3 ช่ัวโมงอยูในรปูแบบ html file

3.2.5 การจัดทําชุดขอมูลอุตุนิยมวิทยา(Metrological Data) สําหรับการจําลองการทํางานของระบบดวยคอมพิวเตอรเพ่ือหาพลังงานไฟฟาที่ผลิตไดตอป ตองใชรูปแบบชุดขอมูลอุตุนิยมวิทยาที่เปนรูปแบบเฉพาะซึ่งเปนขอมูลชนิด text file นามสกุล dat ซึ่งจะแสดงใหเห็นรูปแบบชุดขอมูลดังกลาวที่เปดดวยโปรแกรม Notepad จะแสดงใหเห็นในรูปที่ 3.11 ซึ่งการสรางชุดขอมูลอุตุนิยมวิทยาสามารถสรางโดยอาศัยโปรแกรม Microsoft Excel

46

รูปที่ 3.11 แสดงลักษณะรูปแบบมาตรฐานของชุดขอมูลอุตุนยิมวิทยาสําหรับการจาํลองการทํางานของ ระบบดวยคอมพิวเตอร จากรูปท่ี 3.11 จะเห็นไดวาขอมูลอุตุนิยมวิทยาดังกลาวนั้นเปนขอมูลท่ีเปนลักษณะสดมภในแตละสดมภก็จะเปนขอมูลอุตุนิยมวิทยาตางๆตามลําดับดังนี้ สดมภที่ 1 คือลําดับของขอมูลซึ่งขอมูลที่นํามาใชงานนั้นมีลําดับตั้งแตลําดับท่ี 1 จนถึงลําดับที่ 52560 สดมภที่ 2 คือเวลาซึ่งเปนเวลาท้ังสิ้น 1 ปนั้นคือเวลาที่ใชทั้งสิ้น สดมภที่ 3 คือ ขอมูลความเร็วลมราย 10 นาทีหนวย m/s สดมภที่ 4 คือ ขอมูลอุณหภูมิอากาศแวดลอมราย 10 นาทีหนวย Co สดมภที่ 5 คือ ขอมูลความชื้นสัมพัทธของอากาศราย 10 นาที สดมภที่ 6 คือ ขอมูลความเขมรังสีรวมราย 10 นาทีหนวย W/m2 สดมภที่ 7 คือ ขอมูลความเขมรังสีรวมราย 10 นาที W/m2

47

3.3 รายละเอียดของระบบที่จะทําการวิเคราะห 3.3.1 ระบบรางพาราโบลา สําหรับระบบรางพาราโบลานั้นเปนระบบแรกที่พัฒนาและใชงานมาเปนเวลากวา 20 ป ซึ่งระบบดังกลาวมีการใชงานจริงในรัฐแคลิฟอรเนีย ประเทศสหรัฐอเมริกาซึ่งมีจํานวนระบบการผลิตไฟฟาทั้งสิ้น 9 ระบบและขณะนี้กําลังอยูระหวางการกอสรางอีก 1 ระบบในประเทศสเปน แตละระบบมีรายละเอยีดปลีกยอยที่แตกตางกัน ผูวิจัยจะเลือกระบบที่มีการทํางานคลายกับระบบ SEG ซ่ึงใชงานที่สหรัฐอเมริกาในปจจุบัน โดยกําหนดใหมีกําลังการผลิตไฟฟา เทากับ 10 MW ทั้งนี้เพราะเปนระบบขนาดกลางที่ไมซับซอน มีความเหมาะสมกับประเทศไทย สําหรับลักษณะของระบบแสดงไดดังแผนภูมิในรูปที่ 3.12

รูปท่ี 3.12 แสดงแผนภูมิของระบบผลิตไฟฟาแบบรางพาราโบลา

ระบบนี้ประกอบดวย ตัวรับรังสีดวงอาทิตยแบบรางพาราโบลา (parabolic trough) ตัวแลกเปลี่ยนความรอน (heat exchanger) กังหันไอน้ํา (steam turbine) เครื่องควบแนน (condenser) และเครื่องกําเนิดไฟฟา หลักการทํางานของระบบนั้นเริ่มจากรังสีดวงอาทิตยตกกระทบตัวรับรังสีแบบรางพาราโบลา รังสีดวงอาทิตยถูกสะทอนไปรวมกันที่ทอดูดกลืนรังสีซึ่งอยูที่โฟกัสของรางพาราโบลา ความรอนที่เกิดขึ้นจะถายเทไปใหน้ํามันที่มีจุดเดือดสูง นํ้ามันดังกลาวจะไหลไปยังถึงเก็บความรอน (thermal storage) และจะถูกสูบไปผานตัวแลกเปลี่ยนความรอน โดยความรอนจะถายเทไปใหนํ้า ทําให

thermal storage

parabolic trough

steam turbine

preheater super heater

evaporator

economizer

HTF pump preheater Feed water pump deaerator

generator

condenser

preheater

48

นํ้ามีอุณหภูมิสูงขึ้นจนกลายเปนไอน้ํายิ่งยวด (super-heated steam) แลวสงผานเขาไปในกังหันไอน้ํา เพ่ือใหกําลังกับเครื่องกําเนิดไฟฟา สําหรับไอน้ําอิ่มตัว (saturated steam) ที่ออกมาจากกังหันไอน้ําจะผานตัวควบแนน (condenser) กลายเปนนํ้าไหลกลับไปใชผานตัวแลกเปลี่ยนความรอนอีกครั้งหนึ่ง โดยในชวงที่รังสีดวงอาทิตยมีความเขมต่ํา จะนําความรอนจากถังเก็บความรอนมาใชงาน สําหรับระบบที่จะทําการศึกษามีกําลังการผลิตไฟฟา 10 MW โดยมีพ้ืนที่รับแสงของรางพาราโบลารวมทั้งหมด 75,000 ตารางเมตร และมีอุปกรณเก็บสะสมความรอนไวใชในขณะที่ไมมีแสงแดดไดประมาณ 2 ช่ัวโมง (Jones et al., 2001) 3.3.2 ระบบหอคอย สําหรับระบบการผลิตไฟฟาดวยพลังงานแสงอาทิตยระบบหอคอยที่มีการพัฒนาจนถึงปจจุบันแบงตามของไหลที่ใชพาความรอน (working fluid) จากหอคอยมายังระบบผลิตไฟฟาได 3 แบบ ไดแก ระบบน้ํา/ไอน้ํา ระบบเกลือหลอมละลาย (molten salt) และระบบอากาศ ท้ัง 3 ระบบ มีขอดี และขอดอยแตกตางกัน ผูวิจัยจะเลือกจําลองการทํางานระบบที่ใชอากาศเพราะมีแนวโนมในการนํามาใชงานไดเหมาะสมกับสภาพของประเทศไทย ประกอบกับระบบดังกลาวมีความพรอมดานขอมูลสําหรับการจําลองการทํางานดวยคอมพิวเตอร ลักษณะของระบบผลิตไฟฟาดวยพลังงานแสงอาทิตยแบบหอคอยที่ใชอากาศเปนตัวพาความรอน จะประกอบดวยหอคอย แผนสะทอนรังสีดวงอาทิตย (heliostat) ตัวรับรังสีดวงอาทิตยบนหอคอย (receiver) ตัวเก็บสะสมความรอน (thermal storage) ตัวแลกเปลี่ยนความรอน (heat exchanger) เครื่องยนตกังหันไอน้ํา และชุดกําเนิดไฟฟา (power block) ดังแผนภูมิในรูปที่ 3.13

รูปที่ 3.13 แสดงแผนภูมิของระบบผลิตไฟฟาแบบหอคอยที่ใชอากาศในการพาความรอนจากหอคอย

49

หลักการทํางานของระบบนั้นเริ่มจากรังสีดวงอาทิตยจะตกกระทบชุดแผนสะทอนรังสีดวงอาทิตย ซึ่งแผนสะทอนรังสีดวงอาทิตยจะสะทอนรังสีดวงอาทิตยไปยังตัวรับรังสีดวงอาทิตยท่ีอยูบนหอคอย ความรอนที่เกิดขึ้นในตัวรับรังสีจะถายเทใหกับอากาศที่เปาผานตัวรับรังสีทําใหอุณหภูมิของอากาศสูงขึ้น อากาศดังกลาวจะถูกเปาไปยังตัวแลกเปลี่ยนความรอน ซึ่งจะถายเทความรอนใหกับนํ้า จนไดไอน้ําท่ีความดันเหมาะสมสําหรับใหเครื่องยนตกังหันไอน้ําสําหรับขับเคลื่อนเครื่องกําเนิดไฟฟา โดยอากาศรอนสวนหนึ่งจะเปาผานถังเก็บความรอน สําหรับใชงานขณะที่ความเขมรังสีดวงอาทิตยต่ํา สําหรับอากาศที่ไหลผานตัวแลกเปลี่ยนความรอน เพื่อผลิตไอน้ําแลวจะไหลกลับไปยังตัวรับรังสีดวงอาทิตยบนหอคอยอีกครั้งหน่ึง ระบบที่วิจัยนี้กําหนดใหระบบมีกําลังการผลิตไฟฟา 10 MW ซึ่งใช heliostat ขนาด 121.34 ตารางเมตร จํานวน 1,067 ชุด และมีอุปกรณเก็บสะสมความรอนซึ่งสามารถใชงานไดประมาณ 2 ช่ัวโมง 3.3.3 ระบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิง สําหรับระบบการผลิตไฟฟาดวยพลังงานแสงอาทิตยระบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิงหลายน้ันมีหลายระบบ อยางไรก็ตามลักษณะการทํางานและสวนประกอบของระบบดังกลาวนั้นลักษณะคลายคลึงกัน โดยท่ีระบบจะประกอบดวยตัวสะทอนรังสีดวงอาทิตยแบบจานพาราโบลา ซ่ึงมีระบบขับเคลื่อนตามดวงอาทิตยแบบ 2 แกน ตัวรับรังสี (solar receiver) และเครื่องยนตสเตอรลิงกับเครื่องกําเนิดไฟฟา ซึ่งติดตั้งท่ีจุดโฟกัสของจานพาราโบลา ดังแผนภูมิในรูปท่ี 3.14

รูปที่ 3.14 แสดงแผนภูมิของระบบผลิตไฟฟาแบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิง

Stirling Engine & Generator

Solar Receiver & Combuster

Concentrated Sunlight

Parabolic Dish

Concentrator

50

การทํางานของระบบดังกลาวเริ่มจากรังสีดวงอาทิตยตกกระทบตัวสะทอนรังสีแบบจานพาราโบลาจะถูกสะทอนไปรวมกันที่ตัวรับรังสีที่จุดโฟกัส และการถายเทความรอนใหกับเครื่องยนตสเตอรลิง ความรอนที่ไดจะไปขับเคลื่อนเครื่องยนตสเตอรลิงใหทํางาน เพ่ือใหกําลังกับเครื่องกําเนิดไฟฟา ผูวิจัยกําหนดใหระบบมีกําลังการผลิตไฟฟา 10 MW ซึ่งผูวิจัยจะเลือกระบบที่พัฒนาโดยบริษัท Schliach Bergermann und Partner (SBP) ขนาดระบบละ 10 kW จํานวน 1,000 ชุด แตละชุดมีพ้ืนที่รับแสง 56.7 ตารางเมตร รวมพื้นท่ีรับแสงทั้งหมด 56,700 ตารางเมตร 3.4 การจําลองการทํางานของระบบดวยคอมพิวเตอร (computer simulation) 3.4.1 โปรแกรมคอมพิวเตอรสําหรับใชในการจําลองการทํางานของระบบดวยคอมพิวเตอร ในการจําลองการทํางานของระบบดวยคอมพิวเตอรสําหรับระบบผลิตไฟฟาดวยพลังงานแสงอาทิตยระบบความรอนแบบรวมแสง ผูวิจัยเลือกท่ีจะจําลองการทํางานของระบบดวยคอมพิวเตอรโปรแกรม TRNSYS ซึ่งเปนซอฟแวรท่ีพัฒนาโดย University of Wisconsin ซึ่งซอฟแวรดังกลาวมีลักษณะเปนโมดุล และนิยมใชในงานดานพลังงานแสงอาทิตยทั่วไป โดยโปรแกรมดังกลาวจะประกอบดวย subroutine ที่แทนองคประกอบของระบบ ผูใชตองนํา subroutine ตางๆ มาเชื่อมตอกันใหเปนระบบสําหรับใชงาน ขอดีของโปรแกรม TRNSYS คือ ผูใชสามารถดู source code ซึ่งเปนภาษา FORTRAN และศึกษาแบบจําลองทางคณิตศาสตร นอกจากนี้ผูใชยังสามารถเขียน source code เปน subroutine เพิ่มเติมตามระบบของตนเองได เนื่องจากขอดีดังกลาวขางตนคณะนักวิจัยจาก German Aerospace Agency (DLR) จึงไดทําการพัฒนา subroutine เปนโมดุลขององคประกอบตางๆ ของระบบผลิตไฟฟาดวยพลังงานแสงอาทิตยอุณหภูมิสูงขึ้น โดยเรียกกันทั่วไปวา STEC LIBRARY ผูวิจัยไดดําเนินการจําลองการทํางานของระบบผลิตไฟฟาดวยพลังงานแสงอาทิตยดวยโปรแกรม TRNSYS และ STEC LIBRARY โดยไดสงนักวิจัยไปทําการพัฒนาโปรแกรมสําหรับระบบผลิตไฟฟาท้ัง 3 ระบบ รวมกับผูเชี่ยวชาญดาน TRNSYS และ STEC LIBRARY ที่ Aerospace Agency (DLR) เมือง Koln ประเทศเยอรมัน เมื่อเดือนเมษายน ค.ศ. 2006. 3.4.2 แบบจําลองขององคประกอบของระบบผลิตไฟฟาดวยพลังงานแสงอาทิตยในโปรแกรม TRNSYS และ STEC LIBRARY (Schwarzbozl, 2002)

1) ระบบรางพาราโบลา ในระบบดังกลาวจะทําการจําลองการทํางานขององคประกอบของระบบดังนี้

- แบบจําลองของรางรับรังสีของรางพาราโบลา ใน STEC LIBRARY ทําการจําลองแบบ (modeling) ประสิทธิภาพของ

ตัวรับรังสีแบบรางพาราโบลาดวยสมการ (Lippke, 1995)

51

DNI

)TT(31TT

D

DNI2TT

)WSCwC(2

TTBAShMK

2inoutinout

inoutinout

∆−∆+∆⋅∆⋅+

⋅∆+∆

⋅⋅++⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ∆+∆

⋅+⋅⋅⋅=η

(3.1)

η = ประสิทธิภาพของตัวรับรังสีแบบรางพาราโบลา

pC = ความรอนจําเพาะ (specific heat) DNI = รังสีตรงที่ตกตั้งฉากกับระนาบรับแสง reflector ของตัวรับรังสี (kJ/h-m2)

outT∆ = ความแตกตางระหวางอณุหภูมิของเหลวท่ีไหลออกจากชองรับรังสทีี่โฟกัส กับอุณหภูมิอากาศแวดลอม

inT∆ = ความแตกตางระหวางอณุหภูมิของเหลวที่ไหลเขาทอรบัรังสีกับอุณหภูม ิ อากาศแวดลอม K = incident angle modifier M = สัมประสิทธิ์การสูญเสียความรอนที่สวนทาย (end losses) ของทอรบัรังสี

Sh = แฟคเตอรเนื่องมาจากผลที่เกิดจากการบังกันของตัวรบัรังสีในแถว ขางเคียง WS = ความเรว็ลม

wC = สัมประสิทธิ์การสูญเสียความรอนจากลม A, B, C, D เปนคาคงท่ี

จากคาประสิทธิภาพ จะสามารถคํานวณพลังงานที่ทอรับรังสีดูดกลืน (absorber tube) ไดดวยสมการ

η⋅⋅= DNIAQ effabs& (3.2)

absQ& = พลังงานที่ทอรับรังสีดูดกลืนได effA = พื้นที่รับรังสีดวงอาทิตยของรางพาราโบลา

DNI = รังสีตรงที่ตกตั้งฉากกับระนาบของรางพาราโบลา η = ประสิทธิภาพ

52

เนื่องจากจะมีการสูญเสียพลังงานจากทอรับรังสี ดังนั้นพลังงานที่ไดจึงเปนไปตามสมการ pipeabsnet QQQ &&& −= (3.3) netQ& = พลังงานทีข่องไหลในทอรับรังสีไดรับ เมื่อพิจารณาการสูญเสยีความรอน

แลว absQ& = พลังงานที่ทอรับรังสีไดรับ pipeQ& = พลังงานที่สญูเสียจากทอรบัรังสี จากนั้นจะทําการคํานวณอัตราการไหลของของเหลวในทอรับรังสี เพื่อใหไดอุณหภูมิของไหลที่กําหนดไว โดยใชสมการ

( )inoutp

net

TTcQ

M−

=&

& (3.4)

เมื่อ M& = อัตราการไหลของของเหลวในทอรับรังสี netQ& = พลังงานที่ของไหลในทอรับรังสีไดรับ เมื่อพิจารณาการสูญเสยีความรอน แลว

outT = อุณหภูมิของเหลวที่ไหลออกจากชองรับรังสีซึ่งจะกําหนดใหคงที่ inT = อุณหภูมิของเหลวที่ไหลเขาทอรับรังส ี

- แบบจําลองของตัวเก็บความรอน (thermal storage) ตัวเก็บความรอนท่ีใชเปนแบบ concrete / oil storage โดย total heat transfer

coefficient จะมีความสัมพันธกับ mass flow rate ตามสมการ

5

ref5

4

ref4

3

ref3

2

ref2

ref10

ref mm.ak

mm.ak

mm.ak

mm.ak

mm.akak

UAUA

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++=

&

&

&

&

&

&

&

&

&

& (3.5)

เมื่อ UA = สัมประสิทธิ์การถายเทความรอนรวม (total heat transfer coefficient) refUA = สัมประสิทธิ์การถายเทความรอนรวมอางอิง m& = อัตราการไหลเชิงมวล (mass flow rate)

53

refm& = อัตราการไหลเชิงมวลอางอิง iak = เปนคาคงที่เอมไพริคัล

- แบบจําลองของ Economizer และ super heater ในที่ น้ีจะใชแบบจําลองของตัวแลกเปลี่ยนความรอนแบบไหลสวนทาง

(counter flow heat exchanger) ซึ่ง effectiveness, ECOη เขียนไดดังสมการ

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⋅−

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⋅−

⋅−

−=

max

min

min

max

min

min

1

max

min

1

1

1

CC

CUA

CC

CUA

ECO

eCC

e

&

&

&

&

&

&

&

&η (3.6)

เมื่อ UA = สัมประสิทธิ์การถายเทความรอนรวม (total heat transfer coefficient) minC& = Min )Cm,Cm( hotpcoldp && (3.7) m& = อัตราการไหลเชิงมวล (mass flow rate)

pC = ความรอนจําเพาะ (specific heat)

- แบบจําลองของ Evaporator Effectiveness ของ evaporator จะหาโดยใชสมการ

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅

−−=

hothotEvaporator cpm

UA&

exp1η (3.8)

เมื่อ UA = สัมประสิทธิ์การถายเทความรอนรวม (total heat transfer coefficient) hotm& = อัตราการไหลดานอุณหภูมิสูง

hot,pC = ความรอนจําเพาะของดานอุณหภูมิสูง โดยจะคํานวณความรอนที่ถายเทจากดานอุณหภูมิสูงไปดานที่อุณหภูมิต่ํากวา โดยใชสมการ

( )saturatedinhothothotpEvaporatortrans TTmCQ −⋅⋅⋅= ,, &η (3.9)

54

เมื่อ transQ = ความรอนที่ถายเทจากดานอุณหภูมิสูงไปดานท่ีอุณหภูมิต่ํากวา Evaporatorη = effectiveness hotm& = อัตราการไหลของเหลวดานอุณหภูมิสูง

hot,pC = ความรอนจําเพาะของเหลวดานอณุหภมูิสูง in,hotT = อุณหภูมิของเหลวดานอณุหภูมิสูงที่ไหลเขา

saturatedT = อุณหภูมิของเหลวอิ่มตวั - แบบจําลองของกังหันไอน้ํา (turbine)

ในการหาแบบจําลองของกังหันไอน้ําจะใชแผนภูมิเอนทาลป-เอนโทรปของ ไอน้ํา ดังรูป

รูปท่ี 3.15 แสดงแผนภูมิเอนทาลป-เอนโทรปของไอน้ํา

คาเอนทาลปของไอน้ําท่ีเปลีย่นแปลงเมื่อไอน้ําไหลผานกังหันไอน้ํา turbineh∆ จะหาไดจากสมการ

isentropic

is,outinturbine

hhh

η

−=∆ (3.10)

55

เมื่อ inh = เอนทาลปของไอน้ําที่ไหลเขา is,outh = เอนทาลปของไอน้ําที่ไหลออก กรณีท่ีกระบวนการเปนแบบ isentropic isentropicη = isentropic efficiency จากคา turbineh∆ เราสามารถคํานวณกําลังงานทีไ่ดจากกังหันไอน้ํา )P( turbine โดยอาศัยสมการ mechturbineinturbine hmP η⋅∆⋅= & (3.11)

เมื่อ inm& = อัตราการไหลของไอน้ํา mechη = ประสิทธิภาพเชิงกล (mechanical efficiency) ของกังหันไอน้ํา

2) ระบบหอคอย

ในระบบหอคอยจะทําการจําลองแบบองคประกอบตางๆ ของระบบดังนี้ - แบบจําลองของ heliostat field

ในการคํานวณพลังงานของรังสีดวงอาทิตยท่ี heliostat field สะทอนไปยัง receiver ของหอคอย )Q( heliostat จะหาจากสมการ

Γη⋅ρ= fieldfieldfieldheliostat IAQ (3.12)

เมื่อ fieldA = พื้นท่ีรับรังสีทั้งหมด heliostat fieldρ = สัมประสิทธิ์การสะทอนของ heliostat

I = ความเขมรังสีตรงที่ตกกระทบ heliostat fieldη = ประสิทธิภาพของ heliostat Γ = พารามิเตอรท่ีคํานึงถึงผลของความแมนยําในการติดตามดวงอาทิตยของ

heliostat แตละตัว - แบบจําลองของ receiver ของ tower

เมื่อรังสีตรงถูกสะทอนจาก heliostat ไปยัง receiver พลังงานที่ receiver ดูดกลืนได )( receiverQ สามารถคํานวณไดจากสมการ

56

heliostatreceiverreceiver QQ η= (3.13)

เมื่อ receiverQ = พลังงานที่ receiver ดูดกลืนได heliostatQ = พลังงานที่ receiver ไดรับจาก heliostat receiverη = ประสิทธิภาพของ receiver

พลังงานที่ receiver ดูดกลืนไดจะถายเทใหอากาศที่ถูกเปาผาน receiver โดยอุณหภูมิของอากาศที่เพิ่มขึ้นจะมีความสัมพันธกับพลังงานที่ receiver ดูดกลืนไดดังนี้

)( ,,, inairoutairairairpreceiver TTmCQ −= & (3.14)

เมื่อ airm& = อัตราการไหลของอากาศ airpC , = ความรอนจําเพาะของอากาศ out,airT = อุณหภูมิของอากาศที่ไหลออกจาก receiver in,airT = อุณหภูมิของอากาศที่ไหลเขา receiver

- แบบจําลองของอุปกรณเก็บความรอน (thermal storage)

ในระบบผลิตไฟฟาแบบหอคอยจะใชอุปกรณเก็บความรอนเปนแบบ packed bed storage ซึ่งสามารถเขียนสมการการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของอากาศและกอนหินท่ีใชเปนตัวเก็บความรอน ไดดังนี้

)()(

)( fbffpf

fp TThx

TA

Cmt

TC −+

∂∂

−=∂∂

νρ& (3.15)

)TT(h

tT

)1()C( bfb

bp −=∂∂

ε−ρ ν (3.16)

เมื่อ fT = อุณหภูมิของอากาศ bT = อุณหภูมิของกอนหิน

m& = อัตราการไหลของอากาศ ρ = ความหนาแนน (subscript f หมายถึงของอากาศ และ subscript b หมายถึง ของกอนหิน)

pC = ความรอนจําเพาะ

57

A = พื้นที่หนาตัดของ pack bed ในทิศตั้งฉากกับการไหลของอากาศ νh = สัมประสิทธิ์การถายเทความรอน

ε = void fraction t = เวลา

สําหรับแบบจําลองขององคประกอบอื่นๆ จะเหมือนกับกรณีของระบบรางพาราโบลา 3) ระบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิง

เนื่องจากระบบดังกลาวมิไดอยูในองคประกอบของโปรแกรม TRNSYS และ STEC LIBRARY ผูวิจัยจึงเขียนแบบจําลองของระบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิงแลวเขียนเปนโปรแกรม เพ่ือใหเปนสวนหนึ่งของ TRNSYS โดยแบบจําลองของระบบดังกลาวจะใช power curve ของระบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิงที่พัฒนาโดยบริษัท SBP หรือ Euro dish ดังแสดงในรูปที่ 3.16 (Mancini et al., 2003)

รูปที่ 3.16 แสดง power curve ของระบบผลิตไฟฟาแบบจานพาราโบลารวมกับเครือ่งยนตสเตอรลิงของ บริษัท SBP (Mancini et al., 2003) จากกราฟเราสามารถเขียนความสัมพันธระหวางกําลังไฟฟาท่ีได (output power) กับรังสีตรงดังสมการ DNIbaPout += (3.17)

58

เมื่อ outP = กําลังไฟฟาท่ีไดจากระบบ

DNI = ความเขมรังสีตรงในระนาบที่ตั้งฉากกับลํารังส ี b,a = เปนคาคงที่เอมไพริคลั 3.4.3 การสรางโปรแกรมสําหรับจําลองการทํางานของระบบ

เนื่องจากระบบแตละระบบประกอบดวยองคประกอบยอยๆ หลายผูวิจัยจะนําโปรแกรมของแบบจําลองของแตละองคประกอบมาตอเรียงกันใหเปนโปรแกรมสําหรับใชจําลองการทํางานของระบบ ดังแสดงในรูปท่ี 3.17-3.19

59

รูปที่ 3.17 แผนภูมิจําลองการทํางานของระบบผลิตไฟฟาแบบรางพาราโบลา ในโปรแกรม TRNSYS

60

รูปที่ 3.18 แสดงแผนภูมิจําลองการทํางานของระบบผลติไฟฟาแบบหอคอยในโปรแกรม TRNSYS

รูปที่ 3.19 แสดงแผนภูมิจําลองการทํางานของระบบผลติไฟฟาแบบจานพาราโบลารวมกับ เครื่องยนตสเตอรลิงในโปรแกรม TRNSYS

61

3.4.4 การทดสอบโปรแกรมที่ใชในการจําลองการทํางานของระบบ โดยท่ัวไปกอนการนําโปรแกรมไปใชจําลองการทํางานของระบบจะมีการทดสอบ

สมรรถนะของโปรแกรม โดยการเปรียบเทียบผลการคํานวณจากโปรแกรมกับคาที่ไดจากการวัด ในอดีตที่ผานมาไดมีการนําโปรแกรม TRNSYS และ STEC LIBRARY ไปใชในการจําลองการทํางานของระบบผลิตไฟฟาแบบรางพาราโบลา SEG VI ที่สหรัฐอเมริกา และเปรียบเทียบผลการคํานวณจากโปรแกรมและกับการวัด ตัวอยางการเปรียบเทียบแสดงในรูปที่ 3.20

จากรูปจะเห็นวาโปรแกรม TRNSYS และ STEC LIBRARY สามารถทํานายคาพารามิเตอรตางๆ ของระบบไดใกลเคียงกับคาท่ีไดจากการวัด

รูปที่ 3.20 แสดงการเปรียบเทียบอุณหภูมขิองไอน้ําที่เขาและออกจากกังหันไอน้ํา ซึ่งไดจากการคํานวณ และจากการวัด ในวันที่ 18 กรกฎาคม ค.ศ. 1991 (Jones et al., 2001) สําหรับในระบบหอคอย STEC LIBRARY ทุกโมดุลไดรับการทดสอบโดย German Aerospace Agency (DLR) (Schwarzbozl et al., 2002, Schwarzbozl, 2006) ในดานของระบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิง ขอมูลความสัมพันธระหวางกําลังไฟฟาที่ไดกับความเขมรังสีตรงซึ่งใชในโปรแกรมไดมาจากผลการทดลองโดยตรง (Mancini et al., 2003)

62

3.4.5 การจําลองการทํางานของระบบดวยคอมพิวเตอร ในการจําลองการทํางานของระบบผลิตไฟฟาทั้ง 3 ระบบ ผูวิจัยไดทําการพัฒนาโปรแกรมโดยอาศัย TRNSYS software และ STEC Library จากนั้นใชโปรแกรมดังกลาวทาํการคาํนวณปริมาณไฟฟาที่ผลิตไดรายป(ตั้งแตวันที่ 1 พฤษภาคม พ.ศ. 2549 ถึงวันที่ 30 เมษายน พ.ศ. 2550) โดยทาํการคํานวณทุกๆ 10 นาที ตลอดท้ังวัน โปรแกรมจะทําการคํานวณวน loop จนครบป หลังจากนั้นจะทําการหาคาเฉลี่ยรายป ตาม flow chart ดังรูปท่ี 3.21

รูปที่ 3.21 แสดง flow chart การคํานวณปริมาณไฟฟาทีไ่ดจากระบบผลิตไฟฟา

แบบจําลองของระบบผลิตไฟฟา

พลังงานไฟฟา ท่ีไดรายป

อานขอมูล

Time loop (10 min)

STOP

63

3.5 ผลการคํานวณ 3.5.1 ปริมาณไฟฟาที่ผลิตได ผลจากการคํานวณปริมาณไฟฟาที่ผลิตไดเฉลี่ยตอเดือนของ 3 ระบบ ไดแสดงไวในรูปที่ 3.22-3.24 จากกราฟจะเห็นวาปริมาณไฟฟาที่ผลิตไดของทั้ง 3 ระบบ มีไดคาลดลงตั้งแตเดือนพฤษภาคมเนื่องจากชวงเดือนดังกลาวนั้นเปนชวงฤดูฝนทําใหรังสีตรงจึงไดรับผลจากเมฆฝนจึงทําใหรังสีตรงมีคาลดลงจนถึงเดือนสิงหาคม จากนั้นจึงเริ่มมีคาเพิ่มขึ้น จนถึงเดือนธันวาคมเพราะเปนชวงที่ไดรับลมมรสุมตะวันออกเฉียงเหนือ ทองฟาสวนใหญปราศจากเมฆ ความเขมรังสีตรงจึงมีคาสูง

เมื่อพิจารณาปริมาณไฟฟาที่ผลิตไดทั้งปดังแสดงไวในตารางที่ 3.1 จากตารางจะเห็นวาปริมาณไฟฟาท่ีผลิตไดของระบบหอคอยจะมีคามากที่สุด รองลงมาคือระบบรางพาราโบลา และระบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิง ระบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิงผลิตไฟฟาไดคอนขางนอยเพราะระบบดังกลาวไมมีระบบเก็บสะสมความรอน (thermal storage) ซ่ึงทํางานไดเฉพาะในชวงที่มีความเขมรังสีตรงเพียงพอเทานั้น

Roiet

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

May-06 Jun-06 Jul-06 Aug-06 Sep-06 Oct-06 Nov-06 Dec-06 Jan-07 Feb-07 Mar-07 Apr-07month

Energ

y prod

uction

(MWh

)

รูปท่ี 3.22 แสดงปริมาณไฟฟาที่ผลิตไดในเดือนตางๆ ในรอบปจากระบบรางพาราโบลา

64

Roiet

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

May-06 Jun-06 Jul-06 Aug-06 Sep-06 Oct-06 Nov-06 Dec-06 Jan-07 Feb-07 Mar-07 Apr-07month

Energ

y prod

uction

(MWh

)

รูปที่ 3.23 แสดงปริมาณไฟฟาที่ผลิตไดในเดือนตางๆ ในรอบปจากระบบหอคอย

Roiet

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

May-06 Jun-06 Jul-06 Aug-06 Sep-06 Oct-06 Nov-06 Dec-06 Jan-07 Feb-07 Mar-07 Apr-07month

Energ

y prod

uction

(MWh

)

รูปที่ 3.24 แสดงปริมาณไฟฟาที่ผลิตไดในเดือนตางๆ ในรอบปจากระบบจานพาราโบลารวมกับ เครื่องยนตสเตอรลิง

65

ตารางที่ 3.1 แสดงคาปริมาณพลังงานไฟฟาเฉลี่ยตอปที่ไดจากระบบตางๆของจังหวัดรอยเอ็ด

ระบบ ปริมาณพลังงานไฟฟา (GWh/yr)

1. ระบบรางพาราโบลา 2. ระบบหอคอย 3. ระบบจานพาราโบลารวม กับ เครื่องยนตสเตอรลิง

18.4 25.4 11.2

3.5.2 ประสิทธิภาพ การทํางานของระบบผลิตไฟฟาทุกระบบจะมีการสูญเสียพลังงานทั้งจากอุปกรณรวมแสง (optical losses) และจากระบบความรอน (thermal losses) ดังนั้นพลังงานจากรังสีตรงจึงไมสามารถแปลงเปนพลังงานไฟฟาไดทั้งหมด ความสามารถในการแปลงพลังงานจากรังสีตรงเปนไฟฟาจะบอกในรูปของประสิทธิภาพ (solar-to-electricity efficiency) จากการคํานวณปริมาณรังสีดวงอาทิตยและไฟฟาที่ผลิตไดตลอดทั้งป จะไดคาประสิทธิภาพของระบบรายปดังแสดงในตารางที่ 3.2 จากตารางจะเห็นวาระบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิงมีประสิทธิภาพสูงท่ีสุด ท้ังนี้เพราะระบบดังกลาวนํารังสีไปใชขับเคลื่อนเครื่องยนตสเตอรลิงท่ีตําแหนงโฟกัสของจานพาราโบลาโดยตรง โดยไมตองผานระบบทอตางๆ ทําใหลดการสูญเสียความรอน นอกจากนี้ระบบรวมแสงแบบจานพาราโบลามีการสูญเสียเชิงแสง (optical losses) คอนขางนอยเมื่อเทียบกับระบบรางพาราโบลา และระบบกระจกสะทอนแสง (heliostat) ของระบบหอคอย แตอยางไรก็ตามประสิทธิภาพของระบบรางพาราโบลาและระบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิงก็แตกตางกันไมมากนัก

ตารางที่ 3.2 แสดงคาประสิทธิภาพ (solar -to- electricity efficiency) ของระบบผลิตไฟฟาท่ีจังหวัด รอยเอ็ด

ระบบ

ประสิทธิภาพ (%)

1. ระบบรางพาราโบลา 2. ระบบหอคอย 3. ระบบจานพาราโบลารวมกับ เครื่องยนตสเตอรลิง

18.4 14.0 22.1

66

3.5.3 Capacity factor เนื่องจากระบบผลิตไฟฟาที่ออกแบบใหมีกําลังการผลิต 10 MW ทั้ง 3 ระบบ แตในการทํางานจริง ระบบมิไดทํางานที่กําลังการผลิตดังกลาว อัตราสวนของพลังงานไฟฟาที่ผลิตไดจริงตอคาพลังงานไฟฟาที่ผลิตได ถาระบบทํางานตามกําลังการผลิตท่ีออกแบบตลอดทั้งปจะเรียกวา capacity factor หรือเขียนในรูปสมการไดดังนี้

yeartheofhourscapacityplantofkilowatt

producedhourskilowattAnnualfactorCapacity×

= (3.18)

ผลการคํานวณ capacity factor ของระบบผลิตไฟฟาทั้ง 3 ระบบของรอยเอ็ด แสดงไวในกราฟรูปที่ 3.23

Roiet

21.0%

29.0%

12.8%

0%5%

10%15%20%25%30%35%

Parabolic Trough Solar Tower Dish/Stirling engine

capaci

ty fact

or (%

)

รูปท่ี 3.25 แสดงการเปรียบเทียบ capacity factor (%) ของระบบผลิตไฟฟาแบบตางๆ

จากกราฟจะเห็นวา capacity factor ของระบบหอคอยมีคาสูงสุด รองลงมาคือระบบรางพาราโบลา และระบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิง ตามลําดับ ท้ังนี้เพราะระบบหอคอยมีอุปกรณสะสมความรอนที่สามารถเก็บความรอนไวใชในชวงเวลาที่ไมมีแสงอาทิตยไดยาวนาน สวนระบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิงไมมีอุปกรณเก็บสะสมความรอน ดังนั้นชวงระยะเวลาทํางานในรอบปจึงสั้นกวาทั้งสองระบบ

67

3.5.4 การแจกแจงกําลังการผลิตไฟฟา เนื่องจากระบบผลิตไฟฟาพลังงานแสงอาทิตยแบบรวมแสงจะไมสามารถทํางานไดเต็มกําลัง (nominal power) ที่ออกแบบไวไดตลอดเวลา โดยระบบที่สามารถผลิตไฟฟาในชวงเวลาสวนใหญใกลเคียงกับที่ออกแบบไวจะถือวาเปนระบบที่มีสมรรถนะสูงกวาระบบที่ทํางานในชวงเวลาสวนใหญ ซึ่งไดกําลังไฟฟาต่ํากวาที่ออกแบบ ดังนั้นในงานวิจัยน้ี ผูวิจัยจึงไดทําการแจกแจงความถี่ของพลังงานไฟฟาที่ผลิตไดจากระบบตางๆ และการแจกแจงของรังสีตรงผลท่ีไดแสดงไวในรูปที่ 3.26-3.29 จากรูปจะเห็นวาระบบรางพาราโบลาและระบบหอคอยมีการทํางานสวนใหญใกลเคยีงกับกําลังการผลิตท่ีออกแบบไว (10 MW) ทั้งนี้เพราะระบบดังกลาวมีอุปกรณเก็บสะสมความรอน (thermal storage) ซึ่งทําใหสามารถทํางานไดคอนขางตอเนื่อง

0%1%2%3%4%5%6%7%8%9%

10%

11.0 -

10.0

10.0 -

9.0

9.0 - 8

.0

8.8 - 7

.0

7.0 - 6

.0

6.0 - 5

.0

5.0 - 4

.0

4.0 - 3

.0

3.0 - 2

.0

2.0 - 1

.0

1.0 - 0

.0

Output power (MW)

Frequ

ency

Parabolic Trough

รูปที่ 3.26 แสดงการแจกแจงความถี่ของกาํลังไฟฟาที่ผลติไดจากระบบรางพาราโบลา

68

0%1%2%3%4%5%6%7%8%9%

10%

11.0 -

10.0

10.0 -

9.0

9.0 - 8

.0

8.0 - 7

.0

7.0 - 6

.0

6.0 - 5

.0

5.0 - 4

.0

4.0 - 3

.0

3.0 - 2

.0

2.0 - 1

.0

1.0 - 0

.0

Output power (MW)

Frequ

ency

Solar Tower

รูปที่ 3.27 แสดงการแจกแจงความถี่ของกาํลังไฟฟาที่ผลติไดจากระบบหอคอย

0%1%2%3%4%5%6%7%8%9%

10%11.

0 - 10

.0

10.0 -

9.0

9.0 - 8

.0

8.0 - 7

.0

7.0 - 6

.0

6.0 - 5

.0

5.0 - 4

.0

4.0 - 3

.0

3.0 - 2

.0

2.0 - 1

.0

1.0 - 0

.0

Output power (MW)

Frequ

ency

Dish/Stirling engine

รูปที่ 3.28 แสดงการแจกแจงความถี่ของกาํลังไฟฟาที่ผลติไดจากระบบจานพาราโบลารวมกับ เครื่องยนตสเตอรลิง

69

0%

1%

2%

3%

4%

5%

6%

7%

8%

1000 -

900

900 - 8

00

800 - 7

00

700 - 6

00

600 - 5

00

500 - 4

00

400 - 3

00

300 - 2

00

200 - 1

00

100 - 0

00

DNI [W/m2]

Frequ

ency

DNI

รูปที่ 3.29 แสดงการแจกแจงความถี่ของความเขมรังสีตรง

3.6 การวิเคราะหเชิงเศรษฐศาสตร ในการวิเคราะหทางเศรษฐศาสตรของระบบ ขอมูลบางสวนที่นํามาใชในการวิเคราะหเชิงเศรษฐศาสตรเปนขอมูลที่ผูวิจัยไดรับมาจากเจาหนาที่ ฝายพัฒนาพลังงานทดแทน การไฟฟาฝายผลิตแหงประเทศไทย ตามรายละเอียดท่ีแสดงในตารางที่ 3.3-3.5 3.6.1 Investment cost ของระบบผลิตไฟฟา

ระบบผลิตไฟฟาพลังงานแสงอาทิตยระบบรวมแสง แตละระบบจะมีตนทุนการลงทุน (investment cost) ของสวนตางๆ ดังนี้

1. สวนที่เปนอุปกรณพลังงานแสงอาทิตย (solar field) เปนตนทุนในสวนของตัวรับรังสีระบบขับเคลื่อน และระบบทอตางๆ

2. สวนกําเนิดกําลัง (power block) หมายถึงสวนของเครื่องยนตและเครื่องกําเนิดไฟฟา 3. อุปกรณเก็บสะสมความรอน (thermal storage) โดยทั่วไปมีราคาคอนขางแพง 4. คาที่ดิน (land cost) ท่ีตองใชในการติดตั้งระบบ 5. คากอสรางระบบ การจัดเตรียมพื้นที่ และงานทางวิศวกรรมตางๆ (construction cost) ขอมูลตนทุนตางๆ ขางตนจะอาศัยการประมาณการจากโครงการ European Concentrated

Solar thermal Road Mapping (ECOSTAR) (Pitz-paal et al., 2003) เปนหลักและบางสวนเปนขอมลูจาก

70

ฝายพัฒนาพลังงานทดแทน การไฟฟาฝายผลิตแหงประเทศไทย (EGAT) รวมถึงจากบริษัทผูผลิตระบบผลิตไฟฟาที่สําคัญ ไดแก บริษัท Schliach Bergermann und Partner (SBP) ผูผลิตระบบผลิตไฟฟาแบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิง (Schiel, 2006) สําหรับราคาที่ดินจะไดจากการเดินทางไปสํารวจพื้นที่ของผูวิจัย โดยมีรายละเอียดตามตารางที่ 3.3

ตารางที่ 3.3 แสดงขอมลูที่ใชในการคํานวณ investment cost ของระบบผลิตไฟฟาแบบรางพาราโบลา

รายการ ขอมูล ที่มา 1. Specific investment cost for solar field 254 USD/m2 ECOSTAR 2. Specific investment cost for power block 410 USD/kWe ECOSTAR 3. Specific investment cost for storage 38 USD/kWth ECOSTAR 4. Specific land costs 1.12 USD/m2 (รอยเอ็ด) Site survey 5. Construction, engineering (EPC) 15 % of equipment cost EGAT

หมายเหตุ ECOSTAR คือ รายงานโครงการ European Concentrated Solar thermal Road Mapping (ECOSTAR) (Pitz-Paal et al., 2003)

EGAT คือ การไฟฟาฝายผลิตแหงประเทศไทย

ตารางที่ 3.4 แสดงขอมูลที่ใชในการคํานวณ investment cost ของระบบผลิตไฟฟาแบบหอคอย

รายการ ขอมูล ที่มา 1. Specific investment cost for solar field 185 USD/m2 ECOSTAR 2. Specific investment cost for power block 410 USD/kWe ECOSTAR 3. Specific investment cost for storage 74 USD/kWth DLR 4. Specific investment cost for receiver 140 USD/kWth DLR 5. Specific land costs 1.12 USD/m2 (รอยเอ็ด) Site survey 6. Total invest costs for tower 1,625,000 USD 7. Construction, engineering (EPC) 15 % of equipment cost EGAT

71

หมายเหตุ ECOSTAR คือ รายงานโครงการ European Concentrated Solar thermal Road Mapping (ECOSTAR) (Pitz-paal et al., 2003)

EGAT คือ การไฟฟาฝายผลิตแหงประเทศไทย DLR คือ German Aerospace Agency (Schwarboezl, 2006) ตารางที่ 3.5 แสดงขอมูลที่ใชในการคํานวณ investment cost ของระบบผลิตไฟฟาแบบจานพาราโบลา รวมกับเครื่องยนตสเตอรลิง

รายการ ขอมูล ที่มา 1. Specific investment cost for solar field 580 USD/m2 SBP 2. Specific investment cost for power block 3,200 USD/kWe SBP 3. Specific investment cost for storage 160 USD/kWth SBP 4. Specific land costs 1.12 USD/m2 (รอยเอ็ด) Site survey 5. Construction, engineering (EPC) 5 % of equipment cost EGAT

หมายเหตุ SBP คือ บริษัท Schliach Bergermann und Partner (SBP) ประเทศเยอรมัน ผูผลิตระบบผลิตไฟฟาแบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิง (Schiel, 2006)

ตารางที่ 3.6 แสดงคา investment cost ของระบบผลิตไฟฟาขนาด 10 MWe

Investment cost

ระบบ Total (USD) Per kilowatt (USD/kWe)

1. ระบบรางพาราโบลา 2. ระบบหอคอย 3. ระบบจานพาราโบลารวมกับ

เครื่องยนตสเตอรลิง

33,112,000 55,820,000 75,309,000

3,310 5,580 7,530

72

ตารางที่ 3.7 แสดงพื้นที่ดินที่ตองใชในระบบผลิตไฟฟาขนาด 10 MWe

พื้นที่ดินท่ีตองใช

ระบบ พ้ืนที่ของตัวรบัรังสี

(ตารางเมตร) ตารางเมตร ไร 1. ระบบรางพาราโบลา 2. ระบบหอคอย 3. ระบบจานพาราโบลารวม

กับเครื่องยนตสเตอรลิง

75,000 129,470 56,700

253,000 420,000 200,000

158 263 125

เม่ือทําการคํานวณสัดสวนของ cost ตางๆ ใน investment cost จะพบวา cost สวนใหญจะอยูท่ี solar field โดยคาท่ีดินเปนสวนประกอบเพียงเล็กนอยเทานั้น ดังแสดงในรูปที่ 3.30-3.32

construction13%

land1%

storage15%

solar field57%

power block14%

รูปที่ 3.30 แสดงสัดสวนของ investment cost ของระบบผลิตไฟฟาแบบรางพาราโบลาสําหรับจังหวัด

รอยเอ็ด

73

land1%

storage16%

tower3%

radiation receiver16% power block

8%

solar field (heliostat)43%

construction13%

รูปที่ 3.31 แสดงสัดสวนของ investment cost ของระบบผลิตไฟฟาแบบหอคอยสําหรับจังหวดั รอยเอ็ด

power block43%

solar field (concentrating disk)

44%

construction5% land

0.4%

radiation receiver8%

รูปที่ 3.32 แสดงสัดสวนของ investment cost ของระบบผลิตไฟฟาแบบจานพาราโบลารวมกับ เครื่องยนตสเตอรลิงสําหรับจังหวัดรอยเอด็

74

3.6.2 Operating & maintenance (O&M) cost ในการผลิตไฟฟาดวยระบบผลิตไฟฟาทั้ง 3 ระบบ จําเปนตองมี operating cost และ maintenance cost โดยประกอบดวยสวนตางๆ ดังนี้

1. บุคลากรสําหรับใชในการเดินเครื่องและควบคุมระบบ (person for operating the system)

2. บุคลากรสําหรับบํารุงรักษาสวนอุปกรณพลังงานแสงอาทิตย (person for field maintenance) ไดแก การทําความสะอาดตัวสะทอนแสง การซอมบํารุงตัวรับรังสี และระบบทอตางๆ

3. คาน้ําท่ีตองใชในระบบ (water cost) 4. คาบํารุงรักษาระบบ (maintenance cost for the solar equipment) 5. คาบํารุงรักษาที่คงที่ของสวนผลิตไฟฟา (O&M fixed cost for the power block) 6. คาบํารุงรักษาที่แปรผันของสวนผลิตไฟฟา (O&M variable cost for the power

block) ขอมูลที่ใชคํานวณ operating & maintenance cost ไดจากโครงการ ECOSTAR (Pitz-Paal

et al., 2003) และบริษัทผูผลิตระบบผลิตไฟฟา ดังรายละเอียดตามตาราง

ตารางที่ 3.8 แสดงขอมูลที่ใชในการคํานวณ operating & maintenance cost ของระบบผลิตไฟฟาแบบ รางพาราโบลา

รายการ ขอมูล ท่ีมา Number of persons for operating the system (without field maintenance)

4 persons

ECOSTAR

Specific number of persons for field maintenance 0.03 คนตอพืน้ที่รับแสง 1000 m2 ECOSTAR Total number of persons for field maintenance 2.3 persons ECOSTAR Water costs per MWh electricity produced 2 USD/MWh ECOSTAR O&M for solar equipment 1 % of equipment cost/year ECOSTAR O&M fixed cost for the power block 13.85 USD/kW ECOSTAR O&M variable cost for the power block 1.54 USD/MWh ECOSTAR

75

ตารางที่ 3.9 แสดงขอมูลที่ใชในการคํานวณ operating & maintenance cost ของระบบผลิตไฟฟาแบบ หอคอย

รายการ ขอมูล ท่ีมา Number of persons for operating the system (without field maintenance)

11 persons

ECOSTAR

Specific number of persons for field maintenance 0.03 คนตอพืน้ที่รับแสง 1000 m2 ECOSTAR Total number of persons for field maintenance 3.9 persons ECOSTAR Water costs per MWh electricity produced 2 USD/MWh ECOSTAR O&M for solar equipment 1 % of equipment cost/year ECOSTAR O&M fixed cost for the power block 13.85 USD/kW ECOSTAR O&M variable cost for the power block 1.54 USD/MWh ECOSTAR

ตารางที่ 3.10 แสดงขอมูลท่ีใชในการคํานวณ operating & maintenance cost ของระบบผลิตไฟฟาแบบ จานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิง

รายการ ขอมูล ท่ีมา Number of persons for operating the system (without field maintenance)

3 persons

SBP

Specific number of persons for field maintenance 0.06 คนตอพืน้ที่รับแสง 1000 m2 SBP

Total number of persons for field maintenance 6 persons SBP

O&M for solar equipment 1 % of equipment cost/year SBP

O&M variable cost for the power block 13.85 USD/kW ECOSTAR O&M fixed cost for the power block 1.54 USD/MWh ECOSTAR

3.6.3 ตนทุนการผลิตไฟฟา หลังจากที่ทราบคาปริมาณพลังงานไฟฟาที่ผลิตไดเฉลี่ยตอปของแตละระบบ investment cost และ maintenance & operating cost แลว ผูวิจัยไดรวมกับฝายพัฒนาพลังงานทดแทน

76

การไฟฟาฝายผลิตแหงประเทศไทยทําการคํานวณตนทุนการผลิตไฟฟาในรูปของ Levelized Electricity Cost (LEC) โดยอาศัยสมการ (Pitz-Paal et al., 2003):

net

fuelm&oinvest

Ekkkcrf

LEC++⋅

= (3.19)

เมื่อ insurancend

ndd k

1)k1()k1(kcrf +−+

+= (3.20)

โดยที่ insurancek = annual insurance rate

investk = total investment of the plant fuelk = annual fuel cost dk = real dept interest rate

m&ok = annual operation and maintenance cost netE = annual net electricity

n = depreciation period in years เนื่องจากทุกระบบทํางานดวยพลังงานแสงอาทิตยเพียงอยางเดียว ดังนั้น fuelk มีคาเปนศูนย สําหรับขอมูลหลักที่ใชในการคํานวณแสดงไวตามตารางที่ 3.11 ผลการคํานวณคา LEC แสดงไวในตารางที่ 3.12

ตารางที่ 3.11 แสดง general assumption ท่ีใชในการคํานวณเชิงเศรษฐศาสตร

รายการ ขอมูล ที่มา Real dept interest rate 8 % ภาวะเศรษฐกจิป ค.ศ. 2006 Labor cost per employee 4,615 USD/year EGAT* Depreciation period in years 25 years SEG Annual insurance rate 0.6 % EGAT

หมายเหตุ *EGAT คือ การไฟฟาฝายผลิตแหงประเทศไทย SEG คือ โรงไฟฟาพลังงานแสงอาทิตยที่รัฐแคลิฟอรเนีย ประเทศสหรัฐอเมริกา โดยโรงแรกใชงาน มาแลวประมาณ 20 ป

77

ตารางที่ 3.12 แสดงคา Levelized Electricity Cost ของระบบผลิตไฟฟาของรอยเอ็ด

ระบบ

Levelized Electricity Cost (บาท/kWh) 1. ระบบรางพาราโบลา 2. ระบบหอคอย 3. ระบบจานพาราโบลารวมกับ เครื่องยนตสเตอรลิง

8.53 10.17 26.24

Roiet

8.53 10.17

26.24

0

10

20

30

40

50

Parabolic Trough Solar Tower Dish/Stirling engine

LEC (

Baht/

kWh)

รูปที่ 3.33 แสดงการเปรียบเทียบ Levelized Electricity Cost ( ฺBaht/kWh) ของระบบผลิตไฟฟาแบบ ตางๆ จากการคํานวณ LEC ของทั้ง 3 ระบบของรอยเอ็ด พบวา ระบบรางพาราโบลามีตนทุนการผลิตไฟฟาในรูปของ LEC ต่ําสุด กลาวคือ LEC มีคาเทากับ 8.53 บาท/kWh สําหรับระบบหอคอยจะมีคา LEC เทากับ 10.17 บาท/kWh ในดานของระบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิงจะมีคาสูงสุด โดยมีคาเทากับ 26.24 บาท/kWh ผลการคํานวณดังกลาวมาจากสมมติฐานที่วาตัวระบบจะ

78

นําเขามาจากตางประเทศ กรณีที่มีการผลิตองคประกอบตางๆ ของระบบในลักษณะของการผลิตแบบอุตสาหกรรมในประเทศไทย คา LEC ของทุกระบบจะต่ําลง

3.6.4 Internal Rate of Return (IRR) และ Payback Period นอกจากการคํานวณ Levelized electricity cost (LEC) แลว ผูวิจัยยังไดทําการคํานวณ Internal rate of return (IRR)และ Payback Period ผลที่ไดแสดงดังตารางที่ 3.13 และกราฟรูปที่ 3.33 พบวาคา IRR ของระบบรางพาราโบลามีคาสูงสุด กลาวคือ มีคาเทากับ 16.3 % คา IRR ที่มีคาถัดมาไดแกระบบหอคอยและระบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิงมีคา IRR ต่ําสุด ตารางที่ 3.13 แสดงคา IRR และ Payback Period ของระบบผลิตไฟฟาของรอยเอ็ด

ระบบ

IRR (%)

Payback Period (years)

1. ระบบรางพาราโบลา 2. ระบบหอคอย 3. ระบบจานพาราโบลารวม กับ เครื่องยนตสเตอรลิง

16.3 13.0 1.0

6.0 7.3 22.1

Roiet16.3%

13.0%

1.0%

0%2%4%6%8%

10%12%14%16%18%20%

Parabolic Trough Solar Tower Dish/Stirling engine

Intern

al Rate

of Re

turn (

%)

รูปท่ี 3.34 แสดงการเปรียบเทียบ Internal Rate of Return (%) ของระบบผลิตไฟฟาแบบตางๆ

79

3.6.5 Sensitivity analysis เนื่องจากคา Levelized electricity cost (LEC) มีผลมาจากตัวแปรทางเศรษฐศาสตรและ

ตนทุนหลายตัวแปร ซึ่งเปนการประมาณการที่มีการเปลี่ยนแปลงตามสภาวะเศรษฐกิจ ดังนั้นผูวิจยัจึงไดศึกษาผลของการเปลี่ยนแปลงของตัวแปรที่มีผลตอคา LEC ดังนี้

ก. ผลของการเปลี่ยนแปลงของอัตราดอกเบี้ย (interest rate)

ผูวิจัยไดทําการคํานวณ LEC ท่ี interest rate คาตางๆ ในชวง 6%-10% ของระบบทั้ง 3 ระบบ ผลที่ไดแสดงในกราฟรูปท่ี 3.34

Roiet

0

5

10

15

20

25

30

35

5% 6% 7% 8% 9% 10% 11%Interest rate (%)

Level

ized e

lectric

ity co

st (Ba

ht/kW

h)

Parabolic troughSolar TowerDish/Stirling engine

รูปท่ี 3.35 แสดงผลการเปลีย่นแปลงของอัตราดอกเบี้ยตอ levelized electricity cost จากผลการคํานวณพบวา LEC ของระบบรางพาราโบลา และระบบหอคอย เพ่ิมขึ้นเล็กนอยตามการเพิ่มขึ้นของอัตราดอกเบี้ย แตกรณี LEC ของระบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิง LEC เพิ่มขึ้นตามการเพิ่มของอัตราดอกเบี้ยอยางรวดเร็ว เนื่องจากใชเงินลงทุนคอนขางสูง เม่ือเทียบกับระบบอื่นๆ

80

ข. ผลของการเปลี่ยนแปลงตนทุนการลงทุนในสวนที่เปนอุปกรณพลังงานแสงอาทิตย (investment of solar component) อุปกรณพลังงานแสงอาทิตยในท่ีนี้หมายถึงสวนตัวรับรังสีดวงอาทิตย ระบบควบคุม

และองคประกอบอื่น ยกเวนสวนท่ีเปนเครื่องยนตและเครื่องกําเนิดไฟฟา (power block) และที่ดิน เมื่อพิจารณาผลของตนทุนดังกลาวตอคา LEC เทียบกับคาที่ใชเปนมาตรฐานในการคํานวณ (baseline cost) จะไดผลดังแสดงในรูปที่ 3.36 จากกราฟจะเห็นวา LEC ของกรณีระบบรางพาราโบลา และระบบหอคอยไมไวตอการเปลี่ยนแปลงของตนทุนของอุปกรณพลังงานแสงอาทิตยท่ีเพ่ิมขึ้น แตกรณีของระบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิงมีความไวตอการเปลี่ยนแปลงคอนขางมาก ทั้งนี้เพราะการเพิ่มกําลังการผลิตของระบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิงจะตองเพ่ิมจํานวนชุดของระบบ ในขณะที่ระบบรางพาราโบลาและระบบหอคอยจะมีการขยายขนาดอุปกรณบางสวนเทานั้น

Roiet

0

5

10

15

20

25

30

35

40

70% 80% 90% 100% 110% 120% 130%Investment cost of solar components (relative to baseline)

Level

ized e

lectric

ity co

st (Ba

ht/kW

h)

Parabolic troughSolar TowerDish/Stirling engine

รูปท่ี 3.36 แสดงผลการเปลีย่นแปลงของ investment cost of solar components ตอ levelized electricity

cost

81

ค. คาที่ดิน (land cost) เนื่องจากระบบผลิตไฟฟาพลังงานแสงอาทิตยแบบรวมแสงใชพื้นที่คอนขางมาก และ

ราคาที่ดินอาจมีการเปลี่ยนแปลง ดังนั้นผูวิจัยจึงศึกษาผลตอ LEC ของการเปลี่ยนแปลงของราคาที่ดิน เม่ือเทียบกับราคาประเมินที่ใชคํานวณ (baseline cost) ดังแสดงในกราฟรูปที่ 3.37

จากกราฟจะเห็นวาคาท่ีดินมีผลตอ LEC ของท้ัง 3 ระบบ นอยมาก ท้ังนี้เพราะคาที่ดินเปนสัดสวนที่นอยของการลงทุนทั้งหมด

Roiet

0

5

10

15

20

25

30

35

40

40% 60% 80% 100% 120% 140% 160%Land cost (relative to baseline)

Level

ized e

lectric

ity co

st (Ba

ht/kW

h)

Parabolic troughSolar TowerDish/Stirling engine

รูปที่ 3.37 แสดงผลการเปลีย่นแปลงของ land costs ตอ levelized electricity cost

ง. ผลของการเปลี่ยนแปลงคาเดินเครื่องระบบ และบํารุงรักษา (operating and maintenance cost)

คาเดินเครื่องระบบและคาบํารุงรักษาอาจมีการเปลี่ยนแปลงไปตามสภาวะทางเศรษฐกิจ และสังคม ผูวิจัยจึงไดศึกษาผลตอ LEC ของการเปลี่ยนแปลงของคาเดินเครื่องระบบและคาบํารุงรักษา เมื่อเทียบกับคาท่ีใชคํานวณ (baseline cost) ผลที่ไดแสดงในกราฟรูปท่ี 3.38

จากกราฟจะเห็นวาการเพิ่มขึ้นของคาเดินเครื่องระบบและคาบํารุงรักษามีผลตอ LEC ของท้ัง 3 ระบบ เพียงเล็กนอยเทานั้น

82

Roiet

0

5

10

15

20

25

30

35

40

70% 80% 90% 100% 110% 120% 130%O&M cost (relative to baseline)

Level

ized e

lectric

ity co

st (Ba

ht/kW

h)

Parabolic troughSolar TowerDish/Stirling engine

รูปที่ 3.38 แสดงผลการเปลีย่นแปลงของ O&M costs ตอ levelized electricity cost

บทที่ 4 สรุป

จากการศึกษาเทคโนโลยีการผลิตไฟฟาดวยพลังงานแสงอาทิตยระบบความรอนแบบรวมแสงชนิดตางๆ ที่ผานมา พบวาเทคโนโลยีระบบรางพาราโบลามีความสุกงอม (maturity) ทางดานเทคโนโลยีมากที่สุดจนถึงขั้นมีการนํามาใชงานในเชิงพานิชยแลวในประเทศสหรัฐอเมริกา โดยไดมีการสะสมประสบการณในการใชงานเชิงพาณิชยตอเนื่องมาแลว 20 ป นอกจากนี้ยังมีบริษัทเอกชนที่มีความพรอมทางดานเทคโนโลยี ซึ่งในปจจุบันไดมีโครงการกอสรางระบบดังกลาวในสหรัฐอเมริกา และในบริเวณอื่นๆ ของโลก สําหรับเทคโนโลยีการผลิตไฟฟาระบบความรอนแบบหอคอย ถึงแมจะมีการพัฒนามาตั้งแตตนทศวรรษ 1980 แตโครงการสวนใหญที่ผานมามีวัตถุประสงคหลักเพื่อการวิจัยพัฒนาและสาธิตความเปนไปไดเชิงเทคนิคและเศรษฐกิจ โดยโครงการดังกลาวจะทดลองใชงานในชวงเวลาหนึ่งและหยุดใชงานหลังจากเสร็จสิ้นโครงการ อยางไรก็ตามในโครงการใหมในประเทศสเปน ไดแก โรงไฟฟา PS 10 และ Solar Tres จะเปนโครงการแรกซึ่งอยูในขั้นกอนการใชงานเชิงพาณิชย (pre-commercial phase) ในดานของเทคโนโลยีการผลิตไฟฟาแบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิง ลักษณะของระบบจะเปนโมดุลหรือเปนชุดคลายกับการผลิตไฟฟาดวยโซลารเซลล กลาวคือแตละชุดสามารถทํางานโดยอิสระ การเพิ่มกําลังการผลิตไฟฟาทําไดโดยการเพิ่มจํานวนชุด เหมาะสําหรับใชงานโดยอิสระในพื้นที่หางไกล แตอยางไรก็ตามสามารถติดตั้งรวมศูนยเปนโรงไฟฟาขนาดใหญได โดยในดานเทคโนโลยีไดมีการพัฒนาอยางมากในชวง 10 ปท่ีผานมา โครงการสวนใหญจะเปนการดําเนินงาน เพื่อการวิจัยและพัฒนา โดยมีการนําไปสาธิตใชงานบาง ในดานการใชงานแบบรวมศูนยในลักษณะของโรงไฟฟาอยูระหวางการดําเนินการในประเทศสหรัฐอเมริกา สําหรับกรณีของประเทศไทย ผูวิจัยไดทําการประเมินศักยภาพการผลิตไฟฟาระบบความรอนแบบรวมแสงโดยเริ่มจากการหาพื้นท่ีที่มีศักยภาพทางดานรังสีตรงสูงเนื่องจากระบบการผลิตไฟฟาดวยพลังงานแสงอาทิตยระบบความรอนแบบรวมแสงนั้นศักยภาพของระบบนั้นขึ้นกับรังสีตรงเปนหลัก การหาพื้นท่ีที่มีศักยภาพทางดานรังสีตรงนั้นไดอาศัยแผนที่รังสีตรงที่พัฒนาโดยหองปฏิบัติการฟสิกสบรรยากาศ ภาควิชาฟสิกส คณะวิทยาศาสตร มหาวิทยาลัยศิลปากร จากแผนที่ทําใหทราบวาบริเวณที่ไดรับรังสีตรงสูงสุดอยูในบริเวณตอนกลางของภาคกลางและภาคตะวันออกเฉียงเหนือตอนลางโดยมีคาในชวง 1,350-1, 400 kWh/m2-yr แตคาในชวงดังกลาวก็ถือวาคอนขางต่ําเมื่อเทียบกับ บริเวณที่มีการจัดตั้งโรงไฟฟาพลังงานแสงอาทิตยในตางประเทศ โดยทั่วไปจะอยูในบริเวณที่มีความเขมรังสีตรงมากกวา 2,000 kWh/m2-yr จากแผนที่และขอมูลความเขมรังสีตรงที่มีการวัดและเก็บขอมูลในประเทศ

84

ไทย ทําใหไดขอสรุปในการเลือกพื้นที่ท่ีเหมาะสมสําหรับการประเมินศักยภาพการผลิตไฟฟาระบบความรอนแบบรวมแสง ไดแกบริเวณอําเภอเมือง จังหวัดรอยเอ็ดเนื่องจากพื้นท่ีดังกลาวมีความเขมรังสีตรงคอนขางสูง มีการวัดและเก็บขอมูลความเขมรังสีตรงโดยหองปฏิบัติการฟสิกสบรรยากาศ ภาควิชาฟสิกส คณะวิทยาศาสตร มหาวิทยาลัยศิลปากร ขอมูลราย 10 นาทีมาแลว 1 ป ขอมูลดังกลาวสามารถนํามาใชกับการจําลองการทํางานดวยคอมพิวเตอร จากนั้นผูวิจัยไดทําการวิเคราะหศักยภาพการผลิตไฟฟาของระบบการผลิตไฟฟาแบบรวมแสงทั้ง 3 ระบบ ไดแก ระบบรางพาราโบลา ระบบหอคอย และระบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิง ซึ่งทั้ง 3 ระบบที่ออกแบบใหเปนระบบที่มีกําลังการผลิต 10 MW พบวาระบบรางพาราโบลามีตนทุนการผลิตไฟฟาต่ําสุด กลาวคือคา levelized electricity cost (LEC) เทากับ 8.53 บาท/kWh โดยมีประสิทธิภาพรายปเทากับ 18.4% และคา capacity factor เทากับ 21.0 % สําหรับระบบหอคอยจะมีจุดเดนในแงของพลังงานไฟฟาที่ผลิตไดตอปและมีตนทุนการผลิตไฟฟาใกลเคียงกับระบบรางพาราโบลา แตระบบหอคอยนั้นใชเทคโนโลยีระดับสูงกวาระบบรางพาราโบลาทําใหการพัฒนาเทคโนโลยีดังกลาวขึ้นมาใชเองในประเทศไทยนั้นทําไดยากกวาระบบรางพาราโบลา สําหรับระบบจานพาราโบลารวมกับเครื่องยนตสเตอรลิงนั้นมีประสิทธิภาพตอปคอนขางสงูแตปริมาณไฟฟาที่ผลิตไดตอปมีคาต่ํา เนื่องจากไมมีระบบเก็บสะสมพลังงาน (energy storage) และมี investment cost สูงกวาระบบอื่นๆ ทําใหตนทุนการผลิตไฟฟาสูงที่สุด เมื่อพิจารณาในเทคนิคและเชิงเศรษฐศาสตร ความเปนไปไดของการพัฒนาเทคโนโลยีขึ้นมาใชเองภายในประเทศนั้น ระบบรางพาราโบลามีความเหมาะสมที่จะพัฒนาเพื่อการศึกษาหรือใชงานจริงในประเทศไทยตอไป สําหรับการวิเคราะหศักยภาพการผลิตไฟฟาดวยพลังงานแสงอาทิตยระบบความรอนแบบรวมแสงในงานวิจัยนี้ การจําลองการทํางานระบบดวยคอมพิวเตอรไดนําขอมูลความเขมรังสีตรงจังของรอยเอ็ดที่เก็บขอมูลเพียงหนึ่งปเทานั้นมาใชงาน เพ่ือใหไดขอมูลและผลการวิเคราะหที่ดีขึ้นนั้นควรจะทําการเก็บขอมูลรังสีตรงระยะยาว แลวนําขอมูลดังกลาวมาทําการวิเคราะหศักยภาพการผลิตไฟฟาดวยพลังงานแสงอาทิตยระบบความรอนแบบรวมแสงอีกครั้งในอนาคตตอไป

บรรณานกุรม Grass, W., Geyer, M., Solar Power and Chemical Energy System, Solar PACES Annual Report,

International Energy Agency (IEA) (2000).

Grass, W., Hertlein, H.P., Winter, C.J., Sizmann, R.L., Vant Hull (ed) L.L., Solar Power Plants,

Springer-Verlag, Berlin, (1991).

Jones, S., Pitz-Paal, R., Schwarzboezl, P., Blair, N., Cable, R., TRNSYS Modelling of the SEGS VI

parabolic trough solar electric generating system, Proceedings of Solar Forum 2001, April 21-

25, 2001, Washington DC, (2001).

Lippke F., Simulation of Part load behavior of a 30 MWe SEGS plant, Report number SAD 95- 1293,

Sandia National Laboratories Albuquerque, NM, (1995).

Mancini, T., Heller, P., Butler, B., Osbern, B., Schiel, W., Goldberg, V., Buck, R., Diver, R.,

Andraka, C., Moreno, J., Dish-Stirling systems: An overview of development and status,

Journal Solar Energy Engineering 125, 135-151, (2003).

86

Pitz-Paal, R., Dersch, J., Milow, B., European Concentrated Solar Thermal Road-Mapping, Research

Report no. SES6-CT-2003-502578, European Commission, (2003).

Schiel, W., Private communication, Schlaich Berman und Partner, Hohenzollenstr. 1, 70178 Stuttgart,

Germany, (2006).

Schwarzbozl, P., Eiden, U., Pitz-Paal, R., 2002. A TRNSYS Model Library for Solar Thermal

Electric Components, A Reference Manual, German Aerospace Agency (DLR), Koln, Germany

(2002).

Schwarzbozl, P., Private communication, German Aerospace Agency (DLR), Koln, Germany (2006).

ภาคผนวก

ภาคผนวก ก Source code โปรแกรม IDLที่ใชในการ linear interpolation ขอมูลความเรว็ลมราย 3 ช่ัวโมง ขอมลูอุณหภูมิราย 3 ช่ัวโมง และขอมูลความชืน้สัมพัทธของอากาศราย 3 ช่ัวโมง ใหเปนขอมูล ราย 10 นาที

89

1. Source code โปรแกรม IDLท่ีใชในการ linear interpolation ขอมูลความเร็วลมราย 3 ช่ัวโมง ใหเปนขอมูลความเร็วลมราย 10 นาที ; ;Program file :INTERPOLATE_10_MINUTE_WIND SPEED.pro ;Version :12 November 2006 ;Programmer :Mr.Parinya Srisavat ;Objective :To INTERPOLATION 10 MINUTE WIND SPEED DATA from 3 hour data input. ; PRO INTERPOLATE_10_MINUTE_WIND SPEED ; WIND SPEED=FLTARR(144) M=FLTARR(144) VA=FLTARR(366) VB=FLTARR(366) ; ;Open file for read data.---------------------------------------------------------------------------------------------- ; FOR I=0,143 DO BEGIN M(I)=(1-(5./18.))+(I*(1./18.)) PRINT, M(I) ENDFOR ; ;---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ; T='' T2='' OPENR,LUN2,'D:\DATA_FORM_WAY\WIND SPEED_RE2006.TXT',/GET_LUN READF,LUN2,T PRINT,T

90

READF,LUN2,T2 PRINT,T2 FOR IDAY =1,365 DO BEGIN ; READF,LUN2,DD,MM,YYYY,V1,V4,V7,V10,V13,V16,V19,V22,FORMAT='(I2,1X,I2,1X,I4,8(1X,F7.4))' PRINT,DD,MM,YYYY,V1,V4,V7,V10,V13,V16,V19,V22,FORMAT='(I2,1X,I2,1X,I4,8(1X,F7.4))' VA(IDAY)=V1 VB(IDAY)=V22 ; ENDFOR CLOSE,LUN2 FREE_LUN,LUN2 ; ;---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ; OPENW,LUN1,'D:\WIND SPEED_10min_2006_INTERPULATED.TXT',/GET_LUN T='' T2='' V1T=60 V22Y=60 OPENR,LUN2,'D:\DATA_FORM_WAY\WIND SPEED_RE2006.TXT',/GET_LUN READF,LUN2,T PRINT,T PRINTF,LUN1,T READF,LUN2,T2 PRINT,T2 FOR IDAY =1,365 DO BEGIN ;

91

READF,LUN2,DD,MM,YYYY,V1,V4,V7,V10,V13,V16,V19,V22,FORMAT='(I2,1X,I2,1X,I4,8(1X,F7.4))' PRINT,DD,MM,YYYY,V1,V4,V7,V10,V13,V16,V19,V22,FORMAT='(I2,1X,I2,1X,I4,8(1X,F7.4))' ; ;STOP IF ((IDAY-1) GT 0) AND ((IDAY-1) LT 366) THEN V22Y=VB(IDAY-1) IF ((IDAY+1) GT 0) AND ((IDAY+1) LT 366) THEN V1T=VA(IDAY+1) ARR=[V22Y,V1,V4,V7,V10,V13,V16,V19,V22,V1T] LOC=[M] ; PRINT,IDAY,INTERPOLATE(ARR,LOC),FORMAT='(I2,25(1X,F7.4))' PRINT,'XXX' RH=INTERPOLATE(ARR,LOC) ; FOR I = 0,143 DO BEGIN TTTT=(I+1.)*(24./144.) PRINT,YYYY,MM,DD,TTTT,WIND SPEED(I),FORMAT='(I4,1X,I2,1X,I2,1X,F7.4,1(1X,F7.4)) PRINTF,LUN1,YYYY,MM,DD,TTTT,WIND SPEED(I),FORMAT='(I4,1X,I2,1X,I2,1X,F7.4,1(1X,F7.4)) ENDFOR ; ;STOP ENDFOR CLOSE,LUN2 FREE_LUN,LUN2 PRINT,T PRINT,T2 ;

92

CLOSE,LUN1 FREE_LUN,LUN1 ; PRINT,'!!!END OF PROGRAM!!!' ; END

2. Source code โปรแกรม IDLที่ใชในการ linear interpolation ขอมูลอุณหภูมิราย 3 ช่ัวโมง ใหเปนขอมูลอุณหภูมิราย 10 นาที ; ;Program file :INTERPOLATE_10_MINUTE_TEMP.pro ;Version :12 November 2006 ;Programmer :Mr.Parinya Srisavat ;Objective :To INTERPOLATION 10 MINUTE TEMPERATURE DATA from 3 hour data input. ; PRO INTERPOLATE_10_MINUTE_TEMP ; TEMP=FLTARR(144) M=FLTARR(144) VA=FLTARR(366) VB=FLTARR(366) ; ;Open file for read data.---------------------------------------------------------------------------------------------- ; FOR I=0,143 DO BEGIN M(I)=(1-(5./18.))+(I*(1./18.)) PRINT, M(I) ENDFOR ;

93

;---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ; T='' T2='' OPENR,LUN2,'D:\DATA_FORM_WAY\TEMP_RE2006.TXT',/GET_LUN READF,LUN2,T PRINT,T READF,LUN2,T2 PRINT,T2 FOR IDAY =1,365 DO BEGIN ; READF,LUN2,DD,MM,YYYY,V1,V4,V7,V10,V13,V16,V19,V22,FORMAT='(I2,1X,I2,1X,I4,8(1X,F7.4))' PRINT,DD,MM,YYYY,V1,V4,V7,V10,V13,V16,V19,V22,FORMAT='(I2,1X,I2,1X,I4,8(1X,F7.4))' VA(IDAY)=V1 VB(IDAY)=V22 ; ENDFOR CLOSE,LUN2 FREE_LUN,LUN2 ; ;---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ; OPENW,LUN1,'D:\TEMP_10min_2006_INTERPULATED.TXT',/GET_LUN T='' T2='' V1T=60 V22Y=60 OPENR,LUN2,'D:\DATA_FORM_WAY\TEMP_RE2006.TXT',/GET_LUN

94

READF,LUN2,T PRINT,T PRINTF,LUN1,T READF,LUN2,T2 PRINT,T2 FOR IDAY =1,365 DO BEGIN ; READF,LUN2,DD,MM,YYYY,V1,V4,V7,V10,V13,V16,V19,V22,FORMAT='(I2,1X,I2,1X,I4,8(1X,F7.4))' PRINT,DD,MM,YYYY,V1,V4,V7,V10,V13,V16,V19,V22,FORMAT='(I2,1X,I2,1X,I4,8(1X,F7.4))' ; ;STOP IF ((IDAY-1) GT 0) AND ((IDAY-1) LT 366) THEN V22Y=VB(IDAY-1) IF ((IDAY+1) GT 0) AND ((IDAY+1) LT 366) THEN V1T=VA(IDAY+1) ARR=[V22Y,V1,V4,V7,V10,V13,V16,V19,V22,V1T] LOC=[M] ; PRINT,IDAY,INTERPOLATE(ARR,LOC),FORMAT='(I2,25(1X,F7.4))' PRINT,'XXX' RH=INTERPOLATE(ARR,LOC) ; FOR I = 0,143 DO BEGIN TTTT=(I+1.)*(24./144.) PRINT,YYYY,MM,DD,TTTT,TEMP(I),FORMAT='(I4,1X,I2,1X,I2,1X,F7.4,1(1X,F7.4)) PRINTF,LUN1,YYYY,MM,DD,TTTT,TEMP(I),FORMAT='(I4,1X,I2,1X,I2,1X,F7.4,1(1X,F7.4)) ENDFOR ; ;STOP ENDFOR

95

CLOSE,LUN2 FREE_LUN,LUN2 PRINT,T PRINT,T2 ; CLOSE,LUN1 FREE_LUN,LUN1 ; PRINT,'!!!END OF PROGRAM!!!' ; END 3. Source code โปรแกรม IDLที่ใชในการ linear interpolation ขอมูลความชื้นสัมพัทธของอากาศราย 3 ช่ัวโมง ใหเปนขอมูลความชื้นสัมพัทธของอากาศราย 10 นาที ; ;Program file :INTERPOLATE_10_MINUTE_RH.pro ;Version :12 November 2006 ;Programmer :Mr.Parinya Srisavat ;Objective :To INTERPOLATION 10 RELATIVE HUMIDITY DATA from 3 hour data input. ; PRO INTERPOLATE_10_MINUTE_RH ; RH=FLTARR(144) M=FLTARR(144) VA=FLTARR(366) VB=FLTARR(366) ; ;Open file for read data.---------------------------------------------------------------------------------------------- ;

96

FOR I=0,143 DO BEGIN M(I)=(1-(5./18.))+(I*(1./18.)) PRINT, M(I) ENDFOR ; ;---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ; T='' T2='' OPENR,LUN2,'D:\DATA_FORM_WAY\RH_RE2006.TXT',/GET_LUN READF,LUN2,T PRINT,T READF,LUN2,T2 PRINT,T2 FOR IDAY =1,365 DO BEGIN ; READF,LUN2,DD,MM,YYYY,V1,V4,V7,V10,V13,V16,V19,V22,FORMAT='(I2,1X,I2,1X,I4,8(1X,F7.4))' PRINT,DD,MM,YYYY,V1,V4,V7,V10,V13,V16,V19,V22,FORMAT='(I2,1X,I2,1X,I4,8(1X,F7.4))' VA(IDAY)=V1 VB(IDAY)=V22 ; ENDFOR CLOSE,LUN2 FREE_LUN,LUN2 ; ;---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ;

97

OPENW,LUN1,'D:\RH_10min_2006_INTERPULATED.TXT',/GET_LUN T='' T2='' V1T=60 V22Y=60 OPENR,LUN2,'D:\DATA_FORM_WAY\RH_RE2006.TXT',/GET_LUN READF,LUN2,T PRINT,T PRINTF,LUN1,T READF,LUN2,T2 PRINT,T2 FOR IDAY =1,365 DO BEGIN ; READF,LUN2,DD,MM,YYYY,V1,V4,V7,V10,V13,V16,V19,V22,FORMAT='(I2,1X,I2,1X,I4,8(1X,F7.4))' PRINT,DD,MM,YYYY,V1,V4,V7,V10,V13,V16,V19,V22,FORMAT='(I2,1X,I2,1X,I4,8(1X,F7.4))' ; ;STOP IF ((IDAY-1) GT 0) AND ((IDAY-1) LT 366) THEN V22Y=VB(IDAY-1) IF ((IDAY+1) GT 0) AND ((IDAY+1) LT 366) THEN V1T=VA(IDAY+1) ARR=[V22Y,V1,V4,V7,V10,V13,V16,V19,V22,V1T] LOC=[M] ; PRINT,IDAY,INTERPOLATE(ARR,LOC),FORMAT='(I2,25(1X,F7.4))' PRINT,'XXX' RH=INTERPOLATE(ARR,LOC) ; FOR I = 0,143 DO BEGIN TTTT=(I+1.)*(24./144.)

98

PRINT,YYYY,MM,DD,TTTT,RH(I),FORMAT='(I4,1X,I2,1X,I2,1X,F7.4,1(1X,F7.4)) PRINTF,LUN1,YYYY,MM,DD,TTTT,RH(I),FORMAT='(I4,1X,I2,1X,I2,1X,F7.4,1(1X,F7.4)) ENDFOR ; ;STOP ENDFOR CLOSE,LUN2 FREE_LUN,LUN2 PRINT,T PRINT,T2 ; CLOSE,LUN1 FREE_LUN,LUN1 ; PRINT,'!!!END OF PROGRAM!!!' ; END

99

ประวตัิผูวจิัย

ช่ือ-สกุล นายปริญญา ศรีสวัสดิ ์ท่ีอยู 12 ถนนนาสรางรางแฝก ตําบลนครปฐม อําเภอเมือง จังหวัดนครปฐม 73000 ท่ีทํางาน – ประวัติการศกึษา พ.ศ. 2543 สําเร็จการศกึษามัธยมศึกษาปที่ 6 โรงเรียนสิรินธรราชวทิยาลยั อําเภอเมือง จังหวัดนครปฐม พ.ศ. 2547 สําเร็จการศกึษาวิทยาศาสตรบัณฑิต สาขาฟสิกส คณะวิทยาศาสตร มหาวิทยาลัยศลิปากร จังหวัดนครปฐม พ.ศ. 2548 ศึกษาตอระดบัปรญิญาวิทยาศาสตรมหาบัณฑิต สาขาฟสิกส บัณฑิตวิทยาลยั มหาวิทยาลยัศิลปากร จังหวัดนครปฐม