แนวทางการศึกษา และ พัฒนาระบบ โรงไฟฟาชุมชน

พลังงานความรอนแสงอาทิตย แบบยั่งยืน

สําหรับราชอาณาจักรไทย

เรื่อง แนวทางการศึกษา และ การพัฒนาSolar Collector System, Low Pressure Turbine, Multifunction Tank

โดย

นายสุรวุฒิ สนิทวงศ ณ อยุธยา

ที่ปรึกษา อนุกรรมาธิการ พิจารณาศึกษาศักยภาพ และ ความคุมคาของพลังงานแสงอาทิตย

ของราชอาณาจักรไทย, คณะกรรมาธิการ การพลังงาน วุฒิสภา

รวมกับ

กระทรวงพลังงาน, กระทรวงวิทยาศาสตร และ เทคโนโลยี, กระทรวงอุตสาหกรรมวันพุธที่ ๒๘ พฤศจิกายน ๒๕๕๕

ณ โรงแรมโกลเดน ทิวลิป ซอฟเฟอริน กรุงเทพมหานคร

ความเปนมา

ราชอาณาจักรไทย ตั้งอยูใกลเสนศูนยสูตร ในเขตรอนชื้น ซึ่งดเูสมอืนวามีคาพลังงานแสงอาทิตยอยูมาก แตเนื่องจากมคีวามชื้นในอากาศสูง และ ความชื้นเหลานัน้ ไดดดูซับพลังงานแสงอาทิตยไปเปนจํานวนมาก ทําใหราชอาณาจักรไทย มคีาความเขมของรังสีตรงแสงอาทิตยเพียง 500-550 w/m2 (ความเขมแสงปานกลาง) แทนที่จะเปน 900 – 1,000 w/m2 (ความเขมแสงสูง) อยางในประเทศที่อยูในเขตทะเลทราย

การออกแบบระบบพลังงานความรอนแสงอาทิตย สําหรบัราชอาณาจักรไทยใหทํางานไดอยางมปีระสิทธิภาพสูงสุด มคีวามจําเปนตองออกแบบระบบ ใหเหมาะสมตอสภาพแวดลอม, คาพลังงานแสงอาทิตย และ วตัถดุิบ ที่มีอยูในทองที่จะนําอุปกรณ และ เครื่องจักร ที่ถูกออกแบบสําหรับสภาพแวดลอม, คาพลังงานแสงอาทิตย และ วัตถุดิบ ของทองที่อื่นมาใชไมได

จึงไดมกีารศึกษา และ การพฒันา Solar Collector System, LowPressure Turbine, Multifunction Tank ขึ้นเพื่อใหเหมาะสมตอสภาพแวดลอม, คาพลังงานแสงอาทิตย และ วัตถุดบิ ในราชอาณาจักรไทย

ภาระกิจ

พัฒนา แกไข ปรับปรงุ และ จัดสราง เทคโนโลยโีรงไฟฟาพลังงานความรอนจากแสงอาทิตย เพื่อใหเหมาะสมตอสภาวะแวดลอมของลูกคาแตละประเทศ ในเขตรอนชืน้ที่มีความเขมรังสีตรงจากดวงอาทิตย ปานกลาง, ดินออนนุม เพื่อใหไดระบบที่มีความเสถียร สามารถแขงขันในเชิง ราคาตนทุน, ราคาคาไฟฟา, ราคาคาบํารุงรักษา และ เปนมติรตอสิ่งแวดลอมอยางยั่งยืน

วัตถุประสงค

๑. โรงไฟฟาชุมชนที่มีเสถียรภาพ สามารถใชงานรวมกบัเชื้อเพลิงชุมชนได๒. ใชเทอรไบรขนาดเล็ก ที่สามารถผลิตไดในประเทศ ใชกับอุณหภูมิ และ แรงดันไอน้ําต่ํา สามารถขยายกาํลังการผลิตไดโดยระบบโมดูล๓. สามารถทํางานดวยความรอนจากแสงอาทิตยไดไมต่ํากวา ๑๒ ชั่วโมง๔. ใชวิศวกรไทย และ ชิ้นสวน ภายในประเทศไมต่ํากวา ๘๕ %๕. ใชอินดักชัน่มอเตอร แทนการใชซินโครนสัเจนเนอเรเตอร เพื่อใหการตอ เขากับระบบของการไฟฟา ทําไดงายขึ้น๖. ระบบโครงสราง ระบบสะทอนพลังงาน และ ตัวรับพลังงาน ผลิตขึ้นใน ราชอาณาจักรไทย

ปญหา และ อุปสรรคระบบพลังงานแสงอาทิตย ที่ผานมาในอดีตมีปญหา และ อุปสรรค ดังนี้

๑. มีระยะเวลาทํางานที่สั้น ประมาณ ๔ – ๕ ชั่วโมง ทั้งที่มีระยะเวลาแสงแดดคอนขางมาก

๒. ไมสามารถทํางานได ๒๔ ชั่วโมง ดวยพลังงานแสงอาทิตยเพียงอยางเดียว

๓. พลังงานทดแทนบางตัวกอใหเกิดมลภาวะ

๔. ตองพึ่งพาองคความรูจากตางประเทศ

๕. ตองนําเขาอุปกรณ และ เครื่องจักร ที่มีราคาแพงจากตางประเทศ ทําใหไมคุมคาตอการ

ลงทุน

๖. คาพลังงานแสงอาทิตยต่ํากวามาตรฐาน เพราะมีความชื้น และ เมฆมาก

๗. การออกแบบที่ใชคาการออกแบบไมเหมาะสมทําใหระบบมีประสิทธิภาพต่ํา

๘. ควรเลือกประเภทของระบบใหเหมาะตอภูมิประเทศ Solar Dish, Solar Trough,

Solar Tower, Compact Linear Fresnel Reflector (CLFR)

๙. ระเบียบ, กฎเกณฑ และ การสงเสริม ของรัฐ ที่ไมเหมาะสม และ เอื้ออํานวยตอโครงการ

๑๐. ตองขอรับเงินสนับสนุนจากทางรัฐบาล เปนการเพิ่มราคาของคาไฟฟา

ขอเปรียบเทียบ ใชเนื้อที่ไดประสิทธิผลสูงสุด, เปนระบบพลังงานความ

รอนแสงอาทิตยที่มีราคาต่ําที่สุด

ราคาคาที่ดินต่ํา และ คาปรับปรุงพื้นที่นอยกวา

สามารถติดตั้งไดในพื้นที่ราบ และ ลาดเอียงไมเกิน 3 %

เปนมิตรตอสิ่งแวดลอม เพราะไมใชน้ํามันถายเทความ

รอนในระบบ และ มีเงานบังระบบนอยกวา

งายตอการติดตั้ง, งายตอการควบคุม, งายตอการซอม

บํารุง คาบํารุงรักษาต่ํา

สามารถขยายกําลังผลิตไดงาย โดยการเพิ่มเทอรไบร

และ เครื่องกําเนิดไอน้ํา

CSP Reference Plant @ 1,000 w/m2

1 MW = 12,800 Sqm = 8 Rai= 1.3 Hectares

Rais SqmSolar Cell 16 25,600Thin Film 24 38,400Solar Trough 12 19,200CLFR 8 12,800 Solar Tower 16 25,600

ขอเปรียบเทียบระบบพลังงานแสงอาทิตย

Technology Owner USD/m2 Overalleff

Effectivecost

Seasonalvariation

Photovoltaic 80 10 800 1:2.5 Trough SEGSVI 250 14 1430 1:5 Trough EURO 206 12 1470 1:5 CLFR AUSRA 110 10 1100 1:5

Jack Wong 100 15 1500 1:5Redressable Trough

Xiao50 20 250 1:2.5

Tower DPT1200 150 24 350 1:7Dish Stirling SOLO 150 29.5 200 1:8Dish Turbine Jack Wong 80 35 180 1:8

CLFR Trough

Area 1 1.5

Solar Receiver Linear Multi Tube

Method HTF Direct Steam

Tracking Power Lowest Medium

Structure Lightest Medium

Pipe Length Shortest Long

Insulator Min Moderate

Heat Losses Lowest Medium

Universal Joint Leakage None Yes

Receiver Glass Break None Yes

Reflector Twisting None Yes

Operation Time hrs 12 6

Minimum Working Insolation

500 650

Price Lowest Medium

CLFR Chonburi, Thailand

Karnchanaburi, Thailand

การเปรียบเทียบ CLFR VS Trough

การแกไขการแกไขระบบพลังงานแสงอาทิตยในราชอาณาจักรไทยเพื่อความยั่งยืน

๑. เพิ่มพื้นที่รับพลังงานใหมากขึ้น

๒. ใชถังที่สามารถทําหนาที่ไดหลายหนาที่ (Multifunction Tank)

๒.๑ เก็บพลังงานความรอน เพิ่อยืดระยะเวลาการทํางานของระบบใหยาวนานขึ้น

๒.๒ ทําใหกระแสไฟฟาไมกระโชค เมื่อมีเมฆบังระบบ

๒.๓ เปนเครื่องกําเนิดไอน้ํา

๒.๔ สามารถใชเชื้อเพลิงชุมชนไดเพื่อใหสามารถทํางานได ๒๔ ชั่วโมง โดยมีมลภาวะต่ําที่สุด

๓. ลดความยาวทอลงใหไดมากที่สุด เพื่อลดการสูญเสียพลังงาน (ความรอน, แรงเสียดทาน)

๔. ใชระบบรางสะทอนพลังงานแสงอาทติยหลายราง เขาสูหัวรับพลังงานเดี่ยว (CLFR) แทนการใชราง

สะทอนพลังงานแสงอาทติยรางเดี่ยว เขาสูหัวรับพลังงานเดี่ยว (Parabolic Trough) เพื่อลดการ

สูญเสียพลังงาน และ ใชพลังงานในการติดตามดวงอาทิตยต่ํา

การแกไข

๕. มีระบบควบคุมที่ฉลาด และ วองไวในการทํางาน สามารถสื่อสารกับโลกภายนอกได

๖. ออกแบบ และ พัฒนา ระบบดวยคนไทย

๗. พยายามจัดหา และ สราง อุปกรณ, เครื่องจักร และ ชิ้นสวน ในประเทศใหไดมากที่สุด

๘. ใชคาการออกแบบใหเหมาะสมตอสภาพภูมิอากาศของทองที่นั้นๆ

๙. แกไข ระเบียบ, กฎเกณฑ และ การสงเสริม ของรัฐ ที่เหมาะสม และ เอื้ออํานวยตอโครงการ

๑๐. หากเปนไปได ถาตนทนุการผลิตลดลง อาจไมจําเปนตอง ขอรับเงินชดเชย จากทางรัฐบาล ทาํให

ไมตองขึ้นราคาคาไฟฟา

ไดอะแกรมพื้นฐาน

15

16

1. สายพานแยกขยะ2. เครื่องบดขยะ3. ประตูรับขยะ4. ยอเก็บขยะ5. หองควบคุม6. เครนปอนขยะ7. เตาเผาขยะระบบ VCI8. ระบบนําเถาออกอัตโนมัติ

9. หมอไอน้ํา10. เครื่องผลิตไฟฟา11. เครื่องควบแนน12. หอระบายความรอน13. ถังพักน้ํา14. เครื่องบําบัดกาซแบบเปยก15. เครื่องผลิตกาซไฮโดรเจน16. Compact Linear Fresnel Reflector

CLFR, Water (H2), ระบบเตาเผาขยะ

การศึกษา และ พัฒนา

๑. ระบบดูดรับพลังงาน Solar Collector System

๒. เทอรไบร แรงดันต่ํา Low Pressure Turbine

๓. ระบบถังอเนกประสงค Multifunction Tank System

๔. การออกแบบโครงสราง Structure

ระบบดูดรับพลังงาน Solar Collector

ในอดีตหลอดรับพลังงานแสงอาทิตย (Solar Collector Tube) ตัวสะทอนพลังงานแสงอาทิตย(Solar Reflector) ตองนําเขาจากตางประเทศ เพราะ ไมสามารถผลิตไดเองในประเทศ

ในปจจุบันหลอดรับพลังงานแสงอาทิตย (Solar Collector Tube) บางประเภท, ตัวสะทอน

พลังงานแสงอาทติย (Solar Reflector) ทัง้โครงสราง และ แผนกระจก สามารถผลิตไดเองในประเทศ ถึง

จะมีประสิทธิภาพไมสูงมาก แตก็คุมคาตอการลงทุน เพราะมีราคาต่ํา และ อายุการใชงานคงทน สามารถ

ทําอุณหภูมิ และ ความดัน ไดเฉลี่ย 450 C 450 PSI

Solar Linear Receiver SpecificationSurface Emittance ε 0.03Surface Absorption αr

0.87Specular Reflectance ρ 0.95Transmittance of Glass Cover τg 0.90Max. Temperature C 600Max. Working Pressure PSI 400Insulation Thermal Conductivity W/mK 0.05Min. Direct Insolation 400 W/m2

Max. Direct Insolation 1,100 W/m2

Max. Wind Speed 160 Km/hrOverall Efficiency 80 %

เทอรไบร แรงดันต่ํา Low Pressure Turbine

เนื่องจากคาพลังงานแสงอาทิตยของราชอาณาจักรไทยมคีาปานกลาง 550 w/m2 จึงไม

สามารถผลิตความรอนไดสูงมาก หากเลือกใชเทอรไบร ที่ใชแรงดนัไอน้ําสูง จะทําไดยาก จึงมี

ความจําเปนที่จะตองใช เทอรไบร ที่ใชแรงดนัไอน้ําต่ํา แทน (180 C @ 150 PSI) อกีทั้งเทอรไบร ขนาดเล็กสวนมากจะมีราคาสูงมาก ไมคุมคาตอการลงทุน และ ตองนําเขาจากตางประเทศ

ปจจุบันไดมีการศึกษา และ พัฒนา เทอรไบร ที่ใชแรงดันไอน้ําต่ํา ขนาดเล็ก 10, 50, 100,

250, 350 kW ซึ่งมีราคา และ อายุการใชงาน ที่คุมคาตอการลงทุน

Low Pressure Turbine Version 1

Low Pressure Turbine Version 2

Low Pressure Turbine Version 3

Low Pressure Turbine Version 4

ระบบถังอเนกประสงค Multifunction Tank

การที่ใชถังที่สามารถทําหนาที่ไดหลายหนาที่ มีขอดีดังตอไปนี้

๑. ลดตนทุนการผลิต

๒. สูญเสียพลังงานนอยมาก

๓. สามารถเก็บพลังงานความรอนไวไดนาน

๔. ใชงานรวมกับเชื้อเพลิงชุมชนได

๕. ประสิทธิภาพโดยรวมของระบบสูงขึ้น

๖. ประหยัดเนื้อที่

๗. งายตอการควบคุม

๘. งายตอการบํารุงรักษา

การออกแบบโครงสราง• Delta Truss

• Software Analysis

- Linear First Order

- Linear Second Order

- Non-linear First Order

- Non-linear Second Order

- Dynamic Harmonic

- Dynamic Seismic

- Dynamic Modal

- Bucking

- Stiffness

- Own weight

- Shell Stress

- Torsion

- Thermal expansion

- Moment

• Antirust treatment

• Easy to transport and erection

ระบบถูกออกแบบตามความตองการของทองถิ่น

Solar Steam Performance @ 1 MWTemperature Up to 750 F (180 C)

Up to 900 F (200 C)Pressure Up to 150 PSIa (10 BARa)

Up to 230 PSIa (16 BARa)Annual Energy per8 Rais (12,800 Sq.m)

1,500 MWh@ 1,000 W/m2

สมรรถนะสูงงายตอการกอสรางมีความเสถียรสูงงายตอการเพิ่มกําลังผลิตงายตอการใชงานใชรวมกับน้ํา (Hydrogen)ใชรวมกับเชื้อเพลิงชุมชน

ไรมลภาวะ System Efficiency 15 % 1,500 MWhr/300 = 5 MWhr/day = 1 MW for 5 hr 12,800 m2 @ 1 kW/m2 = 12.8 MWhrThermal = 2 MWhrelectric Equivalent to 1 MWhrelectric for 10 hours With Hydrogen Feed could increase fuel consumption 30 % At Night Time Thermal Energy will use as fuel economizer to

preheat feed water from 80 C to 120 C Use Back Up fuel 25 % for 8 hours 120 C to 180 C Use Back Up fuel 100 % for 6 hours 120 C to 180 C

รูปแบบของการออกแบบ และ พัฒนา ระบบไดถูกออกแบบดงันี้

ใชเนื้อที่ใหมีประสิทธิภาพสูงสุด

มีการสูญเสียพลังงานในระบบต่ํา

เปนระบบที่มีความเสถียรสูง

เปนระบบโมดลู สามารถติดตั้ง และ ขยายกําลังการผลิตไดงาย

สามารถใชงานไดคงทน โดยมีการบาํรงุรกัษาอยางสม่ําเสมอ

ใชงาน และ ซอมบํารงุไดงาย

คาบํารงุรกัษา และ คาดําเนินการ ต่ํา

เก็บพลังงานดวยเกลือรอน

ไอน้ําเปยก หรือ ไอน้ําอิ่มตัว

ใชพลังงานในการติดตามดวงอาทิตยต่ํา

โครงสรางมีน้ําหนกัเบา แตแข็งแรงมั่นคง

โครงสรางถูกออกแบบใหรับแรงลม และ แผนดินไหว

หัวรับพลังงานประสิทธิภาพสูง

สามารถใชงานรวมกับเชื้อเพลิงเสรมิ Biomass, Biogas, LPG, CNG, Hydrogen (Water)สามารถทํางานได 24/7 365 วัน/ป

ลดตนทุนการผลิต และ อาจไมจะเปนตองขอรบัเงนิสนับสนนุจากรัฐบาล

ออกแบบเพื่อภูมิอากาศแบบรอนชืน้ มีความเขมรังสีตรงจาดดวงอาทิตย 500 – 1,000 w/m2 และ มีพื้นที่ออนนุม

ประสิทธิภาพของระบบ

Efficiency %

Reflector 90

Receiver 80

Multifunction Tank 85

Turbine 30

Generator 85

Thermal to Electrical 15

แสดงความคิดเห็น