| ผู้เขียน | ดร.ทวารัฐ สูตะบุตร หัวหน้าผู้ตรวจราชการ กระทรวงพลังงาน |
|---|
คิดเห็นแชร์ : หมดเวลาของดีเซล เข้าสู่ยุคของไฮโดรเจนไมโครกริด Ditching the diesel : hydrogen microgrids
ผมได้รับบทความที่ดีมาก เลยอยากขอมาแชร์กันครับ
โลกเกิดความปั่นป่วนเมื่อราคาน้ำมันติดลบเป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ นี่ไม่ใช่ผลที่เกิดจากโควิดเพียงอย่างเดียว แต่ยังมีภาวะเศรษฐกิจถดถอยทั่วโลกตามมา ตอนนี้ผู้นำต่างๆ กำลังเห็นการพลิกกลับของโลกาภิวัตน์ จากการมุ่งเน้นและทุ่มเทกับการเพิ่มผลผลิตสินค้าทั่วโลกอย่างมาก คำถามในตอนนี้คือการรักษาความความยืดหยุ่นของเศรษฐกิจในประเทศและระบบพลังงานสำคัญกว่าหรือไม่
การแพร่ของโรคระบาดทำให้ได้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในสังคม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในภาคพลังงาน การเปลี่ยนสู่โลกดิจิทัล เทคโนโลยีใหม่ๆ ที่สร้างฐานให้เกิดการเติบโตอย่างการกระโดดของพลังงานทดแทนเป็นนวัตกรรมที่ล้วนแล้วแต่มีพื้นฐานมาจากระบบเครือข่ายแบบกระจายศูนย์ ช่วยให้เราจัดการความซับซ้อนที่ในอดีตไม่สามารถจัดแม้แต่จินตนาการจะจัดการได้ เครือข่ายแบบกระจายศูนย์เช่น ไมโครกริด สามารถพิสูจน์ให้เห็นว่ามีความยืดหยุ่นและปรับตัวได้ดีกว่า ก่อนหน้านี้ไมโครกริดถือเป็นโซลูชั่นที่ด้อยกว่าทางเลือกอื่นๆ ที่มีขนาดใหญ่กว่า
แต่มุมมองนี้กำลังเปลี่ยนไป ผู้มีอำนาจตัดสินใจกำลังมองไมโครกริด เพื่อเป็นแนวทางในการฟื้นตัวจากวิกฤตโดยการรักษาความปลอดภัยทางเศรษฐกิจและรักษาความยืดหยุ่นของระบบพลังงาน เนื่องจากตลาดเชื้อเพลิงฟอสซิลที่โดนผลกระทบอย่างหนักหลังการระบาดของโรคทำให้ความต้องการที่จะให้มีความยืดหยุ่นและเสถียรภาพจึงเกิดขึ้น
หากไม่พูดถึงราคาน้ำมันที่ต่ำในช่วงสั้นๆ นั้น การเกิดขึ้นของพลังงานหมุนเวียนราคาถูกจะช่วยทำให้ต้นทุนในการผลิตของไมโครกริดมีความเหมาะสมที่สุดและช่วยลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิล
ประโยชน์ของไมโครกริดจึงมีมากกว่าความเป็นอิสระด้านพลังงานและการปล่อยคาร์บอนเป็นศูนย์ เพราะยังเป็นผลดีในเชิงเศรษฐกิจและต้นทุน
IEA คาดการณ์ว่า 30% ของความต้องการใช้พลังงานไฟฟ้าในอนาคตจะมาจากไมโครกริด ทั้งที่เป็นไมโครกริดดีเซลที่มีอยู่เดิมซึ่งสามารถนำพลังงานทดแทนมาผสมผสาน และการสร้างไมโครกริดใหม่ในอนาคตที่มีแนวโน้มจะไม่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลเลย ในขณะที่ไมโครกริดได้ถูกใช้เพื่อนำไฟฟ้าไปยังชุมชนที่ยังไม่มีไฟฟ้าใช้มาอย่างยาวนานโดยเฉพาะในประเทศที่กำลังพัฒนา การแพร่กระจายของพลังงานหมุนเวียนทำให้เกิดการยอมรับกรอบเก่าในโลกพลังงาน
ในปี 2017 และ 2018 บริษัท PG&E การไฟฟ้ารายใหญ่ที่สุดในแคลิฟอร์เนียถูกฟ้องล้มละลาย เนื่องจากก่อให้เกิดไฟป่าร้ายแรงจากสายส่งไฟฟ้า
ขณะนี้พวกเขาจึงกำลังดำเนินการ “งานด้านความปลอดภัยจากไฟป่าในชุมชนท้องถิ่น” ซึ่งหมายความว่าการไฟฟ้าเลือกที่จะยกเลิกการใช้พลังงานจากสายส่งขนาดใหญ่และหันมาจ่ายไฟฟ้าให้กับชุมชนโดยใช้ไมโครกริดพลังงานทดแทน ข้อดีด้านสิ่งแวดล้อมค่อนข้างชัดเจน แต่ความคุ้มค่าในการลงทุนยังเป็นคำถาม เราจะได้มาหาคำตอบกันที่นี้
สำหรับการนำพลังงานส่วนเกินมาใช้นั้น ไมโครกริดเป็นระบบไฟฟ้าที่สามารถทำงานได้อย่างอิสระโดยรูปแบบที่เรียกว่าออฟกริดถูกใช้อย่างแพร่หลายในพื้นที่ห่างไกล โครงสร้างพื้นฐานโดยทั่วไปประกอบด้วยการผสมผสานกันของการระบบผลิตไฟฟ้า ระบบกักเก็บไฟฟ้าและการจัดการพลังงานซึ่งทำให้ไมโครกริดเป็นแหล่งจ่ายไฟฟ้าที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพ ไมโครกริดมักจะถูกนำมาใช้เนื่องจาก พื้นที่มีความห่างไกล ยากต่อการเข้าถึงโดยสายส่งไฟฟ้า และเหตุผลทางความคุ้มค่าในการลงทุน ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาแหล่งพลังงานหมุนเวียนได้เปลี่ยนแปลง
ภูมิทัศน์ของไมโครกริด ส่งผลให้สามารถลดหรือกำจัดความจำเป็นในการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลที่มีราคาแพง และมันสามารถเกิดขึ้นได้จากการใช้ระบบกักเก็บพลังงานไฮโดรเจนแบบผสมผสาน
การนำไฮโดรเจนมาใช้กับไมโครกริดช่วยแก้ปัญหาการกักเก็บไฟฟ้าข้ามฤดูกาลหรือระยะยาวเป็นสิ่งที่ระบบกักเก็บไฟฟ้าแบบแบตเตอรี่ทำได้ไม่ดีนัก ซึ่งเป็นชิ้นส่วนสำคัญสำหรับการทำให้ไมโครกริดเป็นไมโครกริดที่ใช้พลังงานทดแทน 100% เพื่อเสถียรภาพของการจ่ายไฟฟ้า
ไมโครกริดที่ใช้พลังงานทดแทนโดยทั่วไปมักจะถูกออกแบบให้มีขนาดใหญ่กว่าความจำเป็นเล็กน้อย โดยเฉพาะไมโครกริดที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์อาจมีไฟฟ้าส่วนเกินมากถึง 30% เนื่องจากผลิตได้เกินความจุของระบบกักเก็บพลังงานจึงไม่สามารถเก็บไว้ได้ หากพลังงานส่วนเกินเกิดขึ้นในไมโครกริดที่มีระบบกักเก็บพลังงานไฮโดรเจน เราสามารถนำพลังงานทดแทนส่วนเกินมาผลิตไฮโดรเจนด้วยกระบวนการอิเล็กโทรลิซิสของน้ำ พลังงานส่วนเกินได้ถูกแปลงมาเป็นไฮโดรเจนเก็บไว้เพื่อจ่ายไฟฟ้าในช่วงที่ขาดแคลนไฟฟ้า เช่น ฤดูฝน เป็นต้น
แม้ว่าแบตเตอรี่จะดีในการเก็บพลังงานไฟฟ้าไว้สำรองในระยะสั้นๆ แต่ก็ไม่สามารถจัดเก็บพลังงานระยะยาวได้อย่างมีประสิทธิภาพ ไฮโดรเจนจึงเข้ามาทดแทนข้อด้อยด้วยคุณสมบัติที่มีความหนาแน่นของพลังงานที่สูงมากและการปล่อยคาร์บอนต่ำ เป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญเมื่อพื้นที่มีอยู่จำกัด เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนทำหน้าที่ผลิตไฟฟ้าโดยใช้ไฮโดรเจนที่เก็บไว้ผลิตไฟฟ้าได้ตามความต้องการ
ระบบไฮโดรเจนเทียบเท่ากับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรองที่ช่วยเสริมระบบแบตเตอรี่และทำให้มีอิสระด้านพลังงาน การจัดเก็บไฮโดรเจนสีเขียวตามฤดูกาลยังรองรับรอบความต้องการใช้พลังงานในแต่ละปีให้ตรงกับปริมาณไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์หรือลมที่ผันแปรได้ ดังนั้นการกักเก็บไฮโดรเจนจึงเป็นส่วนสำคัญของระบบไฟฟ้าอัจฉริยะทำให้ไมโครกริดมีเสถียรภาพและสร้างการเป็นอิสระด้านพลังงานด้วยพลังงานทดแทน มาแทนที่การเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลโดยสิ้นเชิง
เมื่อราคาของระบบผลิตไฟฟ้าจากไฮโดรเจนต่ำลง จึงเพิ่มศักยภาพของการใช้ระบบกักเก็บพลังงานไฮโดรเจนสีเขียวเพื่อทดแทนการใช้น้ำมันดีเซลและทำให้สามารถเปลี่ยนไปใช้ระบบไฟฟ้าที่ปราศจากคาร์บอนอย่างสมบูรณ์ พื้นที่ Cirque de Mafate เป็นสถานที่เดินป่ายอดนิยมที่ตั้งอยู่ใน Réunion ซึ่งเป็นเกาะห่างไกลในมหาสมุทรอินเดีย สามารถเข้าถึงได้โดยการเดินเท้าเท่านั้นเป็นที่อยู่อาศัยของประชากร 700 คน ระบบพลังงานแห่งนี้ปราศจากเชื้อเพลิงฟอสซิลและประกอบด้วยแผงโซลาร์เซลล์ แบตเตอรี่ อิเล็กโทรไลเซอร์สำหรับผลิตไฮโดรเจน ถังเก็บไฮโดรเจน และเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน
การทำงานของระบบจะใช้อิเล็กโทรไลเซอร์และเซลล์เชื้อเพลิงแทนที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลทำงานร่วมกันเพื่อผลิตไฮโดรเจนที่นำมาผลิตไฟฟ้า พลังงานจากแผงโซลาร์เซลล์ถูกนำมาใช้ก่อนเพื่อจ่ายไฟฟ้าในตอนกลางวัน เมื่อครอบคลุมความต้องการไฟฟ้าทั้งหมดแล้วไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์จะชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เมื่อชาร์จแบตเตอรี่เต็มจะสามารถจ่ายไฟฟ้าให้กับอาคารในชุมชนนี้ได้นานถึง 5 วัน พลังงานแสงอาทิตย์ส่วนเกินจากแผงโซลาร์เซลล์จะถูกจ่ายไปยังอิเล็กโทรไลเซอร์ AEM เพื่อผลิตไฮโดรเจน เมื่อต้องการไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิงสามารถใช้ไฮโดรเจนเพื่อผลิตไฟฟ้าหรือชาร์จแบตเตอรี่ลิเธียม ส่วนของระบบกักเก็บพลังงานไฮโดรเจนจะสามารถสำรองไฟฟ้าไว้เพิ่มอีก 10 วัน ระบบที่ Mafate เป็นเครื่องพิสูจน์ถึงระบบพลังงานแบบกระจายศูนย์ที่ไม่มีการปล่อยมลพิษซึ่งมีความยืดหยุ่นต่อผลกระทบต่างๆ แม้ในสภาพอากาศที่เลวร้ายที่สุด
ในครั้งหน้าผมจะมาเล่าต่อว่า ถ้าหมดเวลาของดีเซล เข้าสู่ยุคของไฮโดรเจนไมโครกริด ในด้านสิ่งแวดล้อมนั้นเราจะได้รับประโยชน์และความคุ้มค่าในแบบใดบ้าง ลองติดตามกันนะครับ…
