pplant

วิศวกรรมโรงไฟฟา(Power Plant Engineering) ฉบบั แกไ ขและปรบั ปรุงศาสตราจารย ดร. สมชาติ ฉนั ทศริ วิ รรณ คณะวศิ วกรรมศาสตร มหาวทิ ยาลัยธรรมศาสตร

ii สงวนลขิ สิทธิ์ พ.ศ. 2558 โดย นายสมชาติ ฉันทศิรวิ รรณ หา มการลอกเลยี นสว นหนง่ึ สวนใดของหนงั สือเลม น้ี นอกจากจะไดรบั อนญุ าต

คำนำ ภายหลังจากหนังสือเรื่อง วชิ าวิศวกรรมโรงไฟฟา (Power Plant Engineering) ไดตีพิมพเผยแพรในรปู แบบของ E-book เมอ่ื ประมาณ 4 ปกอ น ผมไดรับ e-mail แสดงความขอบคณุ จากผูอานหลายทา น บางทา นเปนนักศึกษาที่กำลงั เรยี นวิชาวศิ วกรรมโรงไฟฟา บางทา นเปนอาจารยท่ีกำลงั สอนวิชาน้ี และบางทา นเปนวศิ วกรท่ีทำงานในโรงไฟฟา e-mail เหลา น้ีทำใหผมเปลีย่ นความตัง้ ใจเดมิ ที่จะตีพิมพเผยแพรหนงั สือเลมน้ีเพยี งครง้ั เดียวเปนการแกไขและปรบั ปรุงหนงั สือเลมน้ีใหดีขึ้น จนในทสี่ ดุ ก็ทำสำเร็จกอ นสิน้ ป 2558 นี้ หนงั สอื เลม น้ีมีการปรบั ปรุงและแกไ ขในสามเร่ือง ไดแก (1) แกไ ขขอมลู เชิงสถิติใหทันสมัยมากข้นึ(2) แกไขคำผดิ ท่ีปรากฏในหนังสอื เลมเดมิ และ (3) เพิม่ บทที่ 13 ซง่ึ มีเกี่ยวกบั การแกไขผลกระทบตอ ส่งิแวดลอมที่เกดิ จากการดำเนินการของโรงไฟฟา เน้ือหาในบทที่ 13 บางสว นไดมาจากบทที่ 4 ในหนังสือเลมเดมิ ซงึ่ ทำใหบทที่ 4 ในหนังสอื เลมน้มี เี นอ้ื หาส้นั ลง โรงไฟฟามีการพัฒนาอยางตอเนอ่ื งเพอ่ื เพิม่ ประสทิ ธภิ าพในการดำเนนิ งานและลดผลกระทบตอ ส่งิแวดลอม ดงั นัน้ เน้ือหาบางสว นในหนังสอื เลม นี้คงลาสมัยในเวลาอีกไมก่ีปขางหนา ผมจะพยายามแกไขและปรับปรุงหนังสอื เลม นตี้ อไปเพอื่ ใหเนือ้ หามคี วามทนั ยุคทนั สมัยเทาท่จี ะกระทำได สมชาติ ฉันทศริ ิวรรณ e-mail: [email protected] ธันวาคม 2558 iii

iv

สารบญั1 บทนำ 1 1.1 ระบบพลังงานไฟฟา . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 ประเภทของโรงไฟฟา . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.3 โรงไฟฟาในประเทศไทย . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.4 รายงานการวเิ คราะหผ ลกระทบส่งิ แวดลอม . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 เศรษฐศาสตรข องการผลติ ไฟฟา 9 2.1 มลู คา ปจจบุ นั . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.2 เสน โคง ภาระ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.3 ตนทุนการผลิตไฟฟา . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 เช้ือเพลงิ 27 3.1 เช้ือเพลงิ แข็ง . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.2 เชอ้ื เพลงิ เหลว . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.3 เชอ้ื เพลงิ กาซ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.4 การใชเ ช้อื เพลิงเพ่อื ผลิตไฟฟา ของประเทศไทย . . . . . . . . . . . . . . . . . 384 การเผาไหม 41 4.1 ปฏิกิริยาการเผาไหม . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4.2 อัตราสวนอากาศตอเชอ้ื เพลงิ เชงิ ทฤษฎี . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 4.3 คาความรอ น . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 4.4 อัตราสว นอากาศตอเชื้อเพลงิ จริง . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 4.5 อากาศสวนเกิน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 4.6 อุณหภมู จิ ุดน้ำคา ง . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.7 อปุ กรณเผาไหม . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 565 เทอรโ มไดนามิกสของโรงไฟฟา พลงั ความรอ น 67 5.1 สมบตั ิของไอน้ำ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 5.2 วัฏจกั รแรงคิน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 5.3 การปรบั ปรงุ ประสิทธิภาพของวัฏจกั รแรงคิน . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 v

vi สารบญั5.4 ผลกระทบของความผวนกลับไมไ ดในวฏั จักร . . . . . . . . . . . . . . . . . . 825.5 ประสทิ ธิภาพของโรงไฟฟา พลงั ความรอ น . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 835.6 ประสิทธิภาพของหมอ ไอน้ำ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 855.7 ระบบผลิตพลังงานรวม . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 906 เครอื่ งกำเนิดไอนำ้ 956.1 ประเภทของหมอ ไอน้ำ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 956.2 หลักการทำงานของเครือ่ งกำเนิดไอนำ้ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 966.3 เตาเผาและเคร่อื งระเหย . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 976.4 ถงั พกั ไอนำ้ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 996.5 การถายนำ้ ออก . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1016.6 เครอ่ื งทำไอน้ำยวดยิง่ และเครือ่ งใหความรอนซ้ำ . . . . . . . . . . . . . . . . . 1036.7 การควบคุมอณุ หภมู ไิ อนำ้ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1056.8 เครอ่ื งประหยดั เชอื้ เพลิง . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1086.9 เครอ่ื งอนุ อากาศ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1096.10 เคร่ืองเปา ฝนุ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1116.11 การไหลเวียนของอากาศและกาซเสยี . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1137 เคร่ืองกังหนั ไอน้ำ 1217.1 หลกั การทำงาน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1217.2 ขนั้ ทำงาน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1227.3 ประสิทธิภาพหวั ฉีด . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1247.4 สามเหลย่ี มความเรว็ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1267.5 ความเรว็ ทเี่ หมาะสมท่ีสุด . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1317.6 ประสิทธิภาพขนั้ ทำงาน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1367.7 เครอ่ื งกังหันไอนำ้ หลายข้นั ทำงาน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1397.8 แรงดันแนวแกน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1427.9 การจำแนกเครอื่ งกงั หันไอนำ้ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1437.10 การควบคุมเคร่ืองกังหัน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1468 ระบบน้ำปอนและน้ำหลอเย็น 1518.1 อปุ กรณห ลักในระบบนำ้ ปอนและนำ้ หลอ เย็น . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1518.2 เครื่องควบแนน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1518.3 เครอื่ งอนุ น้ำปอน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1558.4 หอหลอ เยน็ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1588.5 ระบบปรบั สภาพน้ำ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1629 อุปกรณและระบบควบคมุ 1679.1 ระบบควบคุมของโรงไฟฟา พลังความรอ น . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1679.2 การวดั สมบัตขิ องไหล . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

สารบญั vii9.3 ระบบควบคุมภาระ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1849.4 ระบบควบคมุ การเผาไหม . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1869.5 ระบบควบคุมความดนั ในเตาเผา . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1899.6 ระบบควบคมุ ระดบั น้ำในถังพักไอน้ำ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1899.7 ระบบควบคมุ อุณหภูมไิ อน้ำยวดยง่ิ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19210 โรงไฟฟาพลงั ความรอนรว ม 195 10.1 วัฏจักรเบรยต นั . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 10.2 วฏั จักรผสม . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 10.3 เครอ่ื งกงั หันกาซ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 10.4 เครอ่ื งกำเนดิ ไอนำ้ แบบกคู วามรอ น . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21511 โรงไฟฟาพลังนำ้ 221 11.1 ลักษณะทว่ั ไป . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 11.2 เขอื่ น . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 11.3 ทอ สงน้ำ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 11.4 กังหันไฮดรอลิก . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 11.5 อุโมงคท า ยนำ้ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 11.6 โรงไฟฟา พลงั น้ำแบบสบู กลบั . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23312 โรงไฟฟานวิ เคลียร 237 12.1 สัญลักษณน ิวเคลียรแ ละไอโซโทป . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 12.2 ปฏิกริ ิยานิวเคลียร . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 12.3 เสถียรภาพทางนวิ เคลยี ร . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 12.4 กมั มันตภาพรังสี . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 12.5 ฟชชั่น . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 12.6 ปฏิกิริยาลูกโซ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 12.7 สวนประกอบของเตาปฏิกรณนวิ เคลียร . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 12.8 ประเภทของเตาปฏกิ รณนิวเคลียร . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 12.9 เช้อื เพลงิ นิวเคลยี ร . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 12.10 การกำจดั กากนวิ เคลยี ร . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 12.11 อันตรายของกัมมันตภาพรังสีตอ มนุษย . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 12.12 ความปลอดภยั ของโรงไฟฟานิวเคลียร . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25613 มลภาวะทเ่ี กดิ จากโรงไฟฟา และการควบคมุ 261 13.1 มลภาวะท่ีเกดิ จากโรงไฟฟา . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 13.2 การควบคุมออกไซดของไนโตรเจน . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265 13.3 การควบคุมฝุนละออง . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 13.4 ระบบจัดการขี้เถา . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273

viii สารบญั 13.5 ระบบกำจดั กา ซซัลเฟอรไดออกไซด . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276 13.6 ระบบตรวจวัดมลภาวะอยางตอเนอื่ ง . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278

บทที่ 1บทนำ1.1 ระบบพลงั งานไฟฟา พลังงานไฟฟาเปนพลงั งานท่ีปลอดภัยตอ การใชงาน สะดวกที่การสง จากสถานที่หนงึ่ ไปยงั อีกสถานท่ีหน่ึง และสามารถผลิตไดหลายวิธี พลงั งานไฟฟานบั เปน ปจจัยพน้ื ฐานท่ีสำคัญประการหนึง่ ในการพัฒนาประเทศ เปน ที่ยอมรบั กนั อยา งกวา งขวางวา ปรมิ าณการใชไฟฟาบง บอกถึงอัตราการเจริญเตบิ โตทางเศรษฐกจิ ของประเทศได ตารางที่ 1.1 เปรียบเทยี บอตั ราสว นการใชไฟฟาตอจำนวนประชากรระหวา งป พ.ศ. 2555 ถงึ 2557 ของบางประเทศรวมทงั้ ประเทศไทย จะเหน็ วาประเทศท่ีพฒั นาแลว มีอตั ราสว นการใชไฟฟา สูงกวาประเทศกำลงั พฒั นา อตั ราสว นนี้จงึ บงบอกความเจรญิ ของประเทศอยา งครา ว ๆ ได เนอ่ื งจากประเทศไทยมีแนวโนมท่ีจะพฒั นาอยา งตอ เนือ่ งจึงมีความเปน ไปไดสูงที่อตั ราสวนการใชไฟฟา ของประเทศไทยจะเพ่มิ ขนึ้ อยา งตอเน่อื งดวย สง่ิ นี้แสดงใหเหน็ ถงึ ความสำคัญของระบบพลังงานไฟฟา ตอ การพัฒนาประเทศไทย การนำพลงั งานไฟฟามาใชน้นั เร่มิ ตน จากการสรางระบบผลิตพลังงานไฟฟาหรอื โรงไฟฟา จากน้ันจึงสงพลังงานไฟฟาผา นสายสงไฟฟาแรงสงู ไปยงั ระบบจำหนา ยเพ่ือขายใหผ ูใชไฟฟา รายละเอยี ดของระบบตาง ๆ มดี งั น้ี • ระบบผลติ (power generation system) หมายถงึ ระบบที่แปลงพลงั งานที่อยูในรูปอี่นเปน พลงั งานไฟฟา ในปจ จุบนั พลงั งานไฟฟาปริมาณมากสามารถผลติ ไดโดยใชพลังงานกลขับเคล่อื น เครอ่ื งกังหันท่ีมีแกนหมนุ รวมกบั เคร่ืองกำเนดิ ไฟฟา พลงั งานกลไดจากการแปลงพลังงานรปู อน่ื เชน พลังงานความรอน พลังงานน้ำ และพลงั งานนิวเคลียร เปน ตน • ระบบสง (power transmission system) หมายถึงระบบเสาสงและสายสง ไฟฟาแรงสูง ถา ระบบผลติ พลังงานไฟฟา เปรยี บเสมอื นหวั ใจ ระบบสง พลังงานไฟฟา ก็เปรยี บเสมือนเสนเลือดท่ี นำเลอื ดไปหลอ เลย้ี งรางกาย ระบบสง พลงั งานไฟฟา จะนำพลงั งานไฟฟา ไปสูสถานีไฟฟา ยอ ย (substation) เพื่อจายไฟฟา ใหการไฟฟานครหลวงหรือการไฟฟาสวนภูมภิ าค และจำหนา ยใหผู ใชรายใหญโดยตรงตอไป การใชสายสงไฟฟาแรงสงู ก็เพอ่ื ใหสามารถสงพลังงานไฟฟาไดไกลโดย มีความสญู เสยี นอ ย ถึงแมว า ในทางทฤษฎีแรงดันไฟฟา ยงิ่ มาก พลงั ไฟฟาสูญเสยี จะยิ่งนอย แต ในทางปฏบิ ตั ิมีปจจัยอ่ืนที่จำกัดคาแรงดนั ไฟฟาไมใหสูงเกินไป โดยทวั่ ไประดับแรงดนั ของระบบ

2 บทท่ี 1. บทนำตารางท่ี 1.1: อตั ราสวนการใชไฟฟาตอ จำนวนประชากรเมื่อป พ.ศ. 2548ประเทศ อตั ราสว นการใชไ ฟฟา (W/คน)สหรัฐอเมรกิ า 1683ออสเตรเลีย 1114ฝรงั่ เศส 804ญีป่ ุน 774สหราชอาณาจกั ร 622อติ าลี 581จีน 458มาเลเซีย 377อารเจนตนิ า 286ไทย 225อยี ิปต 147เมก็ ซโิ ก 131ฟลปิ ปน ส 75ศรลี งั กา 52ลาว 39บงั คลาเทศ 28 สายสงมีขนาด 69 kW 115 kW 230 kW และ 500 kW แรงดนั ในสายสง จะลดลงตามระยะ ทางจากโรงไฟฟาจนถึงระดับท่ีจายใหผูใชไฟฟา โดยทำการลดในสถานีไฟฟายอ ยซ่ึงมกั ตง้ั อยูใกล แหลงใชไ ฟฟาขนาดใหญ ซง่ึ อาจเปน เมอื งหรอื นิคมอุตสาหกรรม • ระบบจำหนาย (power distribution system) หมายถึงระบบที่รับพลังงานไฟฟา จากระบบสง พลงั งานไฟฟาเพอ่ื ขายใหผูใชไฟฟา ที่กระจายอยูในบรเิ วณตา ง ๆ โดยท่วั ไประดบั แรงดันในระบบ จำหนายจะไมสูงเทาในระบบสง ทงั้ น้ีเพราะระยะทางจากสถานีไฟฟายอ ยไปสูผูใชไฟฟา ไมมาก นกั จงึ ไมจำเปน ตอ งใชระดบั แรงดันสูงซง่ึ มีราคาวสั ดุและอุปกรณสูง โดยท่ัวไปแรงดนั ของระบบ จำหนายมีหลายระดับ เชน 11 kW 12 kW 22 kW 24 kW และ 33 kW เม่อื เดนิ สายสง มาถึง บรเิ วณท่ีมีผูใชไฟฟา มาก ๆ ก็ลดระดับแรงดนั ของระบบจำหนา ยใหตำ่ ลงอยูในระดบั ท่ีใชงานกัน คอื 380/220 V อปุ กรณท่ีใชล ดระดับแรงดนั คอื หมอแปลงไฟฟา สำหรับประเทศไทย หนวยงานของรฐั ท่ีรับผดิ ชอบเรือ่ งการผลิต การสงและการจำหนายไฟฟา 3หนว ยงานคอื (1) การไฟฟา ฝายผลิตแหง ประเทศไทย (กฟผ.) รบั ผดิ ชอบงานเกีย่ วกับการผลิตพลงั งานไฟฟา ใหเพยี งพอกบั ความตองการใชไฟฟา ในประเทศซึ่งรวมถึงการสรางโรงไฟฟา และการเดินเครื่องโรงไฟฟา การรบั ซื้อไฟฟาจากผผู ลติ ไฟฟา รายเล็กและผผู ลิตไฟฟาอิสระ และการสง พลงั งานไฟฟา ผานระบบสายสงแรงสงู ไปสูแหลงผูใชไฟฟา และสถานียอยตางๆ (2) การไฟฟานครหลวง (กฟน.) รบั ผดิ ชอบงานเกย่ี วกบั การรับพลังงานไฟฟา จาก กฟผ. เพ่อื จำหนา ยใหแกผูใชไฟฟา ในเขตกรุงเทพมหานคร นนทบุรี

1.2. ประเภทของโรงไฟฟา 3และสมทุ รปราการ (3) การไฟฟา สว นภมู ภิ าค (กฟภ.) รบั ผิดชอบงานเกีย่ วกบั การรับพลงั งานไฟฟา จากกฟผ. เพอื่ จำหนา ยใหแกผูใชไฟฟาในจังหวดั อนื่ ทั่วประเทศ นอกจากนี้ กฟภ. ยังมีโรงไฟฟา ขนาดเลก็ของตวั เองในบรเิ วณทีส่ ายสง แรงสงู ของ กฟผ. ไปไมถงึ1.2 ประเภทของโรงไฟฟา โรงไฟฟาทำหนา ท่ีแปลงพลงั งานรปู ตาง ๆ เชน พลังงานศักยของนำ้ พลงั งานเคมีในเชอ้ื เพลิงฟอสซิลและพลังงานนิวเคลยี รในเช้อื เพลิงนวิ เคลียรเปน พลังงานไฟฟา โรงไฟฟา สามารถแบง ประเภทตามเชื้อเพลิงทใ่ี ชแ ละกระบวนการผลิตไฟฟา ดังนี้ • โรงไฟฟาพลังความรอ น (thermal power plant) เผาไหมเชอื้ เพลงิ ฟอสซิลหรอื เช้ือเพลิงชวี มวล ในการทำใหน้ำกลายเปน ไอน้ำท่ีมีอณุ หภูมิสงู และความดันสงู เพือ่ ใชเดนิ เครื่องกังหันไอน้ำและ เคร่อื งกำเนิดไฟฟา โรงไฟฟาประเภทนีใ้ ชเ วลากอ สรางนาน มีคา กอสรา งสูง แตมีคา เชอื้ เพลิงคอ น ขางต่ำ • โรงไฟฟากังหนั กา ซ (gas turbine power plant) เผาไหมกา ซธรรมชาติในการผลติ กาซเสยี ที่มี อุณหภมู ิสูงและความดนั สงู เพือ่ ใชเดนิ เครื่องกงั หันกาซและเคร่อื งกำเนิดไฟฟา โรงไฟฟาประเภท น้ีใชเ วลากอ สรางสัน้ มีคากอสรางตำ่ แตมคี า เชอ้ื เพลงิ สูง • โรงไฟฟาพลงั ความรอ นรวม (combined-cycle power plant) เผาไหมกา ซธรรมชาติในการ ผลติ กาซเสียท่ีไดมีอณุ หภมู ิสงู และความดันสูงโรงไฟฟา กงั หนั กาซ กาซเสียท่ีไดใชเดินเครอ่ื ง กังหันกาซ กาซเสียที่ออกจากเครือ่ งกังหนั กาซยังคงมีอณุ หภมู ิสูง จงึ ใชเดนิ เครื่องกังหันไอนำ้ ได ดว ย โรงไฟฟาประเภทนม้ี ีคากอสรางตำ่ กวาโรงไฟฟาพลงั ความรอ นแตค า เชื้อเพลงิ สงู กวา • โรงไฟฟา นิวเคลียร (nuclear power plant) ใชปฏกิ ิรยิ านิวเคลยี รในการผลติ ไอนำ้ ที่มีอณุ หภูมิ สงู และความดันสงู เพ่ือใชเดินเครอื่ งกังหนั ไอน้ำและเครือ่ งกำเนิดไฟฟา โรงไฟฟา ประเภทน้ีมีคา กอ สรา งสูงแตมีคาเชือ้ เพลงิ ตำ่ เนอื่ งจากใชเชอ้ื เพลิงในปริมาณนอ ยเพื่อผลิตไฟฟาในปริมาณมาก ได • โรงไฟฟา พลังน้ำ (hydroelectric power plant) แปลงความพลงั งานศกั ยจากนำ้ ในเข่ือนเปน พลงั งานไฟฟาโดยใชเคร่อื งกังหันน้ำ โรงไฟฟาประเภทน้ีจึงตองตง้ั อยูใกลเข่ือนและขนาดของโรง ไฟฟาข้ึนกบั ขนาดของเขอ่ื น โรงไฟฟา ประเภทน้ีมีคา กอ สรา งสูงและไมม ีคาเช้ือเพลงิ แตมีผลกระ ทบทางลบตอ สิง่ แวดลอมคอ นขา งมาก • โรงไฟฟา ดเี ซล (diesel power plant) ประกอบดวยเครอ่ื งยนตดเี ซลขนาดใหญซงึ่ ใชน ้ำมันดเี ซล เปนเชอ้ื เพลิง โรงไฟฟาประเภทน้ีใชเ วลากอสรางสัน้ มีคา กอ สรา งต่ำ แตมีคาเชอ้ื เพลิงสูงมาก โรง ไฟฟา ประเภทนี้มักมขี นาดเลก็ และเดนิ เคร่อื งเทาท่จี ำเปน • โรงไฟฟา ท่ีใชพลงั งานหมนุ เวียน (renewable energy) ผลติ ไฟฟาโดยใชพลังงานแสงอาทิตย พลังงานลม พลังงานความรอ นใตพิภพ และพลังงานหมนุ เวียนอนื่ ๆ ถึงแมว า พลงั งานเหลา น้ีจะ

4 บทที่ 1. บทนำ ไมม ีคา ใชจา ยและไมสงผลกระทบตอส่งิ แวดลอมมากนกั แตโรงไฟฟาประเภทน้ีมีตนทนุ การผลติ ไฟฟาสงู กวาโรงไฟฟา ประเภทอื่นมากและมีขนาดเล็กมาก จงึ ยังไมท่ีนิยมมากนักในปจจบุ ัน1.3 โรงไฟฟาในประเทศไทย ประเทศไทยมโี รงไฟฟา หลายโรงกระจายไปทั่วประเทศ ขนาดของโรงไฟฟามีต้งั แตไมก ่ี MW ถงึ สองพันกวา MW ตารางท่ี 1.2 แสดงใหเหน็ สดั สว นการผลิตไฟฟาของโรงไฟฟา ในประเทศไทยในป พ.ศ.2558 จะเหน็ วาไฟฟาในประเทศไทยผลติ โดยโรงไฟฟาพลงั ความรอ นรว มในสดั สว นที่สงู มาก สาเหตุที่เปน เชน นี้คือ ประเทศไทยมีกาซธรรมชาติซึง่ เปน เชื้อเพลิงของโรงไฟฟาพลังความรอ นรว ม และโรงไฟฟาประเภทนี้ทำใหเกิดมลภาวะทางอากาศคอนขางนอย จึงไดรับการยอมรับจากชุมชนมากกวา โรงไฟฟาพลังความรอนทใี่ ชถา นหนิ เปน เชอ้ื เพลิงตารางที่ 1.2: สัดสว นกำลงั การผลติ ของโรงไฟฟา ในประเทศไทยในป พ.ศ. 2558โรงไฟฟา กำลงั การผลติ (MW) สัดสว น (%)พลงั ความรอ นรว ม 23313 53.5พลงั ความรอน 8176 18.7พลังนำ้ 3406 7.8อืน่ ๆ 8741 20.0 โรงไฟฟา อาจแบง ตามหนวยงานที่ดูแลหรือเปนเจา ของอันไดแ ก (1) กฟผ. (2) ผูผลิตไฟฟาอสิ ระ(independent power producer) หรอื IPP และ (3) ผผู ลติ ไฟฟารายยอ ย (small power producer)หรอื SPP • กฟผ. เปน รฐั วสิ าหกิจท่ีมีโรงไฟฟา ในความรับผดิ ชอบหลายโรง สวนใหญจะเปนโรงไฟฟาขนาด ใหญซ่งึ ตอ งการการลงทุนสงู โรงไฟฟา พลงั น้ำท้งั หมดอยใู นความดแู ลของ กฟผ. แตโ รงไฟฟาที่ใช เช้ือเพลิงฟอสซลิ และเชื้อเพลิงชีวมวลบางสว นอยูในความดูแลของภาคเอกชนซึ่งก็คอื IPP และ SPP • IPP คือ เอกชนท่ีสรางโรงไฟฟา และผลติ ไฟฟาเอง แตตอ งขายไฟฟา ใหแก กฟผ. โดย กฟผ. จะกำหนดปริมาณไฟฟา ท่ีรับซ้ือเพื่อควบคุมจำนวนของ IPP เง่ือนไขของการรบั ซือ้ ไฟฟาคอื (1) โรงไฟฟา จะตองใชเชือ้ เพลิงที่สะอาดเปน ท่ียอมรบั ของประชาชน (2) โรงไฟฟา จะตองตัง้ อยูใน บริเวณท่ี กฟผ. กำหนด (3) กฟผ. จะเปนผูสง่ั ใหเดินเคร่ืองโรงไฟฟา และจา ยไฟฟาเขาระบบ ไฟฟา และ (4) โรงไฟฟาจะตอ งปฏิบัตติ ามมาตรฐานทางดานสิง่ แวดลอมที่ทางราชการกำหนด • SPP คือ เอกชนท่ีสรางโรงไฟฟา และผลิตไฟฟาในปริมาณนอ ย โดยจะจำหนา ยให กฟผ. ไมเกิน 90 MW แตอาจขายไฟฟาใหผูบริโภคที่อยูบรเิ วณใกลเคยี งได SPP ผลิตไฟฟา โดยใชพลังงาน ทดแทนเชน วสั ดุเหลอื ท้ิงทางการเกษตร กา ซชวี ภาพจากมูลสตั ว ขยะ หรือพลังงานลม แตถา

1.4. รายงานการวิเคราะหผลกระทบสง่ิ แวดลอ ม 5 ใชเชื้อเพลิงอนื่ เชน กาซธรรมชาติ นำ้ มนั หรอื ถานหนิ การผลิตไฟฟาจะตองเปน ระบบการผลติ พลงั งานไฟฟารว มกบั พลงั งานความรอ น (cogeneration) ซึง่ หมายถึงระบบท่พี ลงั งานความรอ น ท่ีผลติ ไดจะไมปลอ ยทง้ิ แตจะนำไปใชประโยชน พลงั งานความรอ นท่ีนำไปใชประโยชนจะตอ งมี ปริมาณไมต่ำกวา 10% ของพลังงานท่ีผลติ ไดทั้งหมด นอกจากนี้ประสทิ ธภิ าพรวมของโรงไฟฟา จะตองไมต่ำกวา 45% ตารางที่ 1.3 แสดงใหเหน็ สัดสว นกำลงั การผลิตไฟฟา ของประเทศไทยโดยหนว ยงานตา งๆ ในป พ.ศ.2557 สัดสว นการผลิตไฟฟาโดย IPP มีแนวโนม เพ่ิมขึ้นตามนโยบายของรฐั บาลท่ีจะเพิ่มบทบาทในการผลติ ไฟฟาโดยภาคเอกชนซึง่ จะนำไปสกู ารแขงขันโดยเสรีและตน ทนุ การผลติ ไฟฟา ที่ต่ำตารางท่ี 1.3: สดั สว นกำลงั การผลิตของประเทศไทยในป พ.ศ. 2557ผผู ลิต กำลังการผลติ (MW) สดั สวน (%)กฟผ. 15482 45ผผู ลิตไฟฟา อสิ ระ 13167 38ผูผลติ ไฟฟา รายยอ ย 3615 10นำเขา (จากลาวและมาเลเซยี ) 2404 71.4 รายงานการวเิ คราะหผลกระทบสิง่ แวดลอม โรงไฟฟา มีคา กอ สรา งสงู มาก การลงทุนกอสรา งโรงไฟฟามักพจิ ารณาปจจัยทางเศรษฐศาสตรเปนหลัก ปจจยั ที่สำคญั คอื ท่ีตั้งของโรงไฟฟา ซึ่งควรอยูใกลแหลงเชอ้ื เพลิง แหลง นำ้ และสายสงไฟฟา แรงดันสงู อยางไรกต็ าม โรงไฟฟาอาจสง ผลกระทบตอ ส่งิ แวดลอ ม ดังนนั้ ผลกระทบดานสงิ่ แวดลอ มเปนส่ิงที่สำคัญที่ควรพิจารณาในการเลอื กที่ตั้งของโรงไฟฟา ในชวงเวลาท่ีประเทศไทยเร่ิมมีการกอสรา งโรงไฟฟา สงั คมไทยยงั ไมไดใหความสำคัญกบั ผลกระทบดา นสิง่ แวดลอ มของโรงไฟฟาเทา ท่ีควร แตเมือ่ ประเทศไทยเตบิ โตทางเศรษฐกิจมากขึ้นและประชาชนมีความเปนอยูท่ีดีขึ้น สังคมเริ่มตองการใหโรงงานอุตสาหกรรมตา ง ๆ ควบคุมกระบวนการผลิตใหเปนมิตรตอสงิ่ แวดลอ ม โรงไฟฟาเปนโรงงานขนาดใหญท่ีสงั คมจบั ตามองเปน พเิ ศษเนือ่ งจากมีความเช่อื ในประชาชนบางกลุมวา โรงไฟฟาเปนแหลงปลอยมลภาวะทางอากาศและทางน้ำแหลง ใหญ จึงมีความตองการใหรฐั บาลควบคุมการดำเนินการของโรงไฟฟาโรงงานอตุ สาหกรรมอ่ืน ๆ ใหเขม งวดขึ้น ความตอ งการนี้นำไปสูการกอ ตั้งหนวยงานภาครฐั หลายหนวยงานที่ทำหนา ที่กำกับดแู ลใหโรงงานอุตสาหกรรมปฏิบตั ิตามกฎหมายสง่ิ แวดลอ มอยางเครง ครัด กฎหมายท่ีสำคัญฉบบั หน่งึ คอื ประกาศกระทรวงทรพั ยากรธรรมชาติและสิง่ แวดลอม เรอ่ื ง กำหนดหลักเกณฑ วธิ ีการ ระเบยี บปฏิบตั ิและแนวทางในการจดั ทำรายงานการวิเคราะหผลกระทบสิ่งแวดลอ มสำหรับโครงการและกจิ การท่ีอาจกอใหเกดิ ผลกระทบตอ ชุมชนอยา งรุนแรงท้งั ทางดานคุณภาพสิง่แวดลอ ม ทรพั ยากรธรรมชาติ และสขุ ภาพกฎหมายที่สำคัญฉบบั น้ีกำหนดใหกิจการหลายประเภทตอ ง

6 บทที่ 1. บทนำสง รายงานการวิเคราะหผลกระทบสงิ่ แวดลอม (environmetal impact assessment หรือ EIA) ใหสำนกั งานนโยบายและแผนทรพั ยากรธรรมชาติและสงิ่ แวดลอ ม (สผ.) กอนเร่ิมดำเนนิ โครงการหรือกจิ การ โรงไฟฟา ท่เี ขาขา ยตองสงรายงาน EIA มลี กั ษณะดงั นี้ 1. โรงไฟฟาพลงั ความรอ นที่ใชถ านหิน และมกี ำลงั การผลติ 100 MW ข้ึนไป 2. โรงไฟฟา พลังความรอนที่ใชเชื้อเพลิงฃีวมวล และมกี ำลงั การผลติ 150 MW ข้นึ ไป 3. โรงไฟฟา พลังความรอนรวมทใ่ี ชกา ซธรรมชาติ และมกี ำลงั การผลิต 3000 MW ขนึ้ ไป 4. โรงไฟฟา นิวเคลียรท กุ ขนาดในกรณีของโรงไฟฟา ท่ีไมมีลักษณะขา งตน แตมีการรองเรยี นตอ คณะกรรมการสิ่งแวดลอมแหงชาติวาโรงไฟฟาแหงน้ีอาจสงผลกระทบตอชมุ ชนอยางรุนแรงทั้งทางดา นคณุ ภาพส่ิงแวดลอม ทรพั ยากรธรรมชาติและสุขภาพ คณะกรรมการส่งิ แวดลอ มแหง ชาติจะแตงต้ังคณะอนุกรรมการเพื่อทำหนา ท่ีวนิ จิ ฉัยขอรอ งเรยี นดังกลา ว ถาคณะอนุกรรมการเหน็ ดวยกับขอรอ งเรียน โรงไฟฟากจ็ ะตอ งสง รายงาน EIA ให สผ. กฎหมายไดกำหนดรูปแบบของรายงาน EIA สาระที่สำคญั ท่สี ดุ ของรายงานคือ มาตรการปอ งกนัและแกไ ขผลกระทบตอส่ิงแวดลอ ม ในกรณีที่ความเสียหายไมอาจหลีกเลย่ี งได รายงาน EIA ตอ งเสนอแผนการชดเชยความเสยี หายดงั กลา วดว ย นอกจากนี้ รายงานตองเสนอมาตรการและแผนการดำเนินการในการตดิ ตามตรวจสอบผลกระทบตอ สิง่ แวดลอ มท่ีเหมาะสม รายงานที่จะผานการประเมินจะตอ งมีมาตรการเหลา นี้ทีย่ อมรับไดโ ดยคณะกรรมการผูช ำนาญการ ประชาชนและผูมีสว นไดเสีย องคการอิสระและคณะกรรมการสิ่งแวดลอ มแหงชาติ

1.4. รายงานการวิเคราะหผ ลกระทบสิง่ แวดลอ ม 7คำถามทา ยบท 1. ประเทศใดมีอัตราสวนการใชไ ฟฟา ตอจำนวนประชากรมากท่ีสุดในโลก 2. ทำไมสายสง ไฟฟาจึงสงไฟฟาแรงดันสูง 3. หนว ยงานใดทำหนา ท่ีดูแลสายสง ไฟฟา 4. โรงไฟฟาประเภทใดใชถ านหนิ เปนเชอ้ื เพลิง 5. โรงไฟฟาพลงั ความรอนรวมใชเ ชื้อเพลงิ ชนดิ ใด 6. ระบขุ อ ไดเปรยี บและเสยี เปรียบระหวางโรงไฟฟาพลงั ความรอนกับโรงไฟฟากงั หันกา ซ 7. ทำไมโรงไฟฟา พลังานหมุนเวียนจงึ ไมไดรับความนยิ มมากนัก 8. โรงไฟฟาสว นใหญใ นประเทศไทยเปน โรงไฟฟาประเภทใด 9. จงอธิบายความแตกตางระหวา งผผู ลติ ไฟฟาอสิ ระ (IPP) กับผผู ลติ ไฟฟา รายยอย (SPP) 10. ตามกฎหมาย โรงไฟฟา พลังความรอ นรว มทม่ี ีกำลังการผลิตเทา ไรตองสงรายงาน EIA

8 บทท่ี 1. บทนำ

บทท่ี 2เศรษฐศาสตรข องการผลิตไฟฟา2.1 มูลคาปจ จุบนั เปนที่ทราบกนั ดีวามลู คา ของเงนิ ขน้ึ กับเวลา เงนิ จำนวนหน่ึงในปจจุบนั มีคามากเงินจำนวนเดยี วกนัในอนาคตเน่อื งจากถา นำเงินไปฝากธนาคารก็จะไดดอกเบ้ยื หรอื ถา นำเงินไปลงทนุ ก็ไดผลตอบแทนซงึ่ สงผลใหมลู คา ของเงนิ สูงขึน้ ในทางธรุ กิจอัตราการเพ่มิ ข้ึนของมูลคา เงินจงึ เรียกวาอตั ราสว นลด (discountrate) เพ่อื การเปรียบเทียบเงนิ ในเวลาท่ีตา งกนั มูลคาเงินในอนาคต (future value) จะตอ งแปลงเปนมูลคาปจจุบนั (present value) โดยใชสูตรตอ ไปนี้ P V = fP V F V (2.1)โดยท่ี PV คือ มลู คา ปจจุบนั , FV คือ มูลคา เงินหลงั จากเวลาผานไป n ปและ 1 (2.2) fP V = (1 + i)nคือแฟกเตอรมลู คาปจจุบนั (present worth factor) และ i คืออัตราสวนลด จะเหน็ วา fPV ลดลงตามเวลาทเี่ พิม่ ขึน้ และอัตราสว นลดทเ่ี พม่ิ ขนึ้ ตวั อยาง อปุ กรณแลกเปลยี่ นความรอ นเครือ่ งหนงึ่ มีราคา 1 ลานบาทในปจ จุบนั คาดวา อีก 3 ปราคาจะเพิ่มเปน 1.1 ลานบาท จงคำนวณหาอัตราสวนลดวิธีทำกำหนดให PV = 1000000 บาทและ FV = 1100000 บาท ดังน้ัน PV fP V = F V = 0.909 1 = (1 + i)3

10 บทที่ 2. เศรษฐศาสตรข องการผลิตไฟฟา i = 0.0323 ในการดำเนินธุรกจิ รายรบั และรายจา ยจะเกดิ ข้ึนเปนชว งๆ เรียกวาเงนิ ชุด (series payment) การหามลู คา ปจ จบุ นั ของเงินชดุ สามารถใชส มการ (2.1) และ (2.2) ไดโ ดยแยกพจิ ารณามูลคา ปจ จบุ นั ของเงนิในอนาคตแตละกอ น มลู คา ปจ จบุ นั รวมของเงินชดุ จะเทากบั มูลคาปจจบุ ันของเงนิ ในอนาคตแตละกอนวิธนี ้อี นุญาตใหใชอ ัตราสวนลดทต่ี า งกนั สำหรบั เงนิ ในอนาคตแตล ะกอนได ตวั อยาง โรงไฟฟา แหงหนงึ่ ตอ งการเปลยี่ นเคร่ืองควบแนน การจายคาคอนเดนเซอรจะจา ยสามครั้ง ครัง้ แรกจา ยทันที 500000 บาท หลงั จากนนั้ หน่ึงปจา ยอกี 600000 บาทโดยใชอตั ราสว นลด 5%ครัง้ สุดทายจาย 700000 บาทเมอื่ เวลาผานไปสองปโดยใชอัตราสว นลด 4.5% จงหามลู คา ปจ จุบันของคอนเดนเซอร วิธที ำ P V = P V0 + P V1 + P V2 P V0 = 500000 600000 P V1 = (1 + 0.05) = 471729 700000 P V2 = (1 + 0.045)2 = 641011 =⇒ P V = 1612740 บาท ถา เงินชุดเกดิ ข้ึนทกุ ปรวม n ปนบั จากปจ จุบันและในแตล ะปจำนวนเงินเพมิ่ ขนึ้ หรอื ลดลงเปนสดั สวนคงท่ีเม่ือเทยี บกบั จำนวนเงนิ ในปกอนหนาและอตั ราสว นลดมีคา คงท่ีตลอดชว งเวลาที่พิจารณาการคำนวณหามูลคาปจจุบนั สามารถใชสูตรคณิตศาสตรแทนการแยกคำนวณหามูลคาปจจบุ นั ของเงนิในอนาคตแตละกอน กำหนดให FVk เปน จำนวนเงินที่จะเกิดข้นึ เมื่อสิน้ ปท ี่ k และ F Vk+1 = (1 + r)F Vkโดยที่ 100r เปน เปอรเ ซน็ ตการเพ่ิมข้ึน (r > 0) หรอื ลดลง (r < 0) ของจำนวนเงนิ สูตรคำนวณหามูลคาปจ จบุ ันของเงินชุดคอื F V1 [ ( 1 + r )n] (2.3) i−r 1PV = − 1+iมีกรณพี ิเศษที่ r = i การใชสมการ (2.3) อาจไมสะดวก สูตรการคำนวณคา PV สำหรับกรณนี คี้ อื P V = nF V1 (2.4) 1+i

2.1. มูลคาปจจบุ นั 11 ตวั อยา ง คา จา งของพนกั งานของบริษัทแหง หน่งึ เทา กบั 1000000 บาทเม่ือส้ินปแรก ถาอตั ราเงนิ เฟอ ทำใหบรษิ ทั ตอ งเพ่ิมคาจาง 5% ทุกป จงหามูลคา ปจ จบุ นั ของคาจาง 5 ปถา อัตราสวนลดเทากับ7%วธิ ีทำเนือ่ งจาก FV1 = 1000000 บาท, r = 0.05 และ i = 0.07 ดังนนั้ 1000000 [ ( 1.05 )5] 0.07 − 0.05 1 1.07 PV = − = 4501444 บาท เงินชดุ เปน สง่ิ ท่ีหลีกเลยี่ งไมไดในการดำเนินโครงการธรุ กิจ มลู คาปจจุบนั ของเงนิ ชดุ จะใชในการประเมินความคุมคาเชงิ เศรษฐศาสตรของโครงการ นอกจากนี้มลู คาปจ จุบนั ของเงนิ ชดุ ยังใชเปรยี บเทยี บโครงการตา งๆ และใชในกระบวนการดดั แปลงแกไ ขโครงการใหมีความเหมาะสมทสี่ ดุ (optimizationprocess) อยา งไรก็ตามมูลคา ปจจุบนั ของเงินชุดมกั เปน ตัวเลขจำนวนมหาศาลและไมไดบอกวากระแสการเงนิ ในแตละปท่ีดำเนินโครงการเปนเทาไร มูลคาเฉล่ยี ตอป (levelized value) หมายถงึ จำนวนเงินที่เกดิ ขึน้ เทา ๆ กันในแตล ะปซ่งึ มีมูลคา ปจ จบุ ันรวมเทา กบั มลู คาปจ จุบนั ของเงนิ ชดุ มูลคา เฉล่ียตอ ปสามารถใชประเมนิ โครงการไดเหมือนกบั มูลคา ปจจุบันของเงนิ ชดุ บอ ยครง้ั ที่การประเมนิ โครงการดว ยมลู คา เฉลยี่ ตอ ปจะมีความสะดวกกวาเพราะทำใหทราบวาแตล ะปของโครงการจะมีรายรับหรอื รายจา ยเทาไร มูลคา เฉลีย่ ตอ ปอาจเรียกวามลู คารายป (annual value) สามารถคำนวณไดถามีขอมูลท่ีครบถวนของเงินชุดซ่ึงไดแ ก มลู คาเงินในอนาคตแตละกอนและอตั ราสวนลดซึง่ สมมุติวามีคา คงท่ี ถากำหนดใหจำนวนปของเงินชดุ คอื n การหามูลคา เฉลีย่ ตอ ปเร่มิ จากการหาแฟกเตอรมูลคา ปจจบุ นั ของเงินในอนาคตแตล ะกอ น (fPV 1, fPV 2, ..., fPV n) จากสมการ (2.2) จากนัน้ คำนวณมูลคา ปจ จบุ ันของเงินในอนาคตแตล ะกอน (P V1, P V2, ..., P Vn) จากสมการ (2.1) สูตรของมลู คา เฉล่ยี ตอ ปหรือ AV คอื AV = P V1 + P V2 + · · · + P Vn (2.5) fP V 1 + fP V 2 + · · · + fP V n ตัวอยา ง ราคาเช้ือเพลิงท่ีใชในโรงไฟฟา แหง หน่งึ เทากับ 50 บาท/GJ ในปแรก ราคาในปท่ี 2-5เพ่ิมปละ 5% จากราคาในปกอนหนา จงหามูลคา เฉล่ียตอ ปของเช้ือเพลงิ ในชว งเวลา 5 ปถา อตั ราสว นลดเทา กับ 4.5% วธิ ที ำ ตารางขา งลา งแสดงการคำนวณแฟกเตอรมูลคา ปจจุบนั และมูลคา ปจจบุ นั จากสมการ (2.1)

12 บทท่ี 2. เศรษฐศาสตรข องการผลติ ไฟฟา ปท ี่ F V fP V i P Vi 1 50.00 0.9569 47.85 2 52.50 0.9157 48.07 3 55.13 0.8763 48.31 4 57.88 0.8386 48.54 5 60.78 0.8025 48.78 แทนคา P Vi และ fPV i (i = 1, 2, 3, 4, 5) ในสมการ (2.5) 47.85 + 48.07 + 48.31 + 48.54 + 48.78 AV = 0.9569 + 0.9157 + 0.8763 + 0.8386 + 0.8025 = 55.02 บาท/GJ การประเมนิ ความคุมคาเชิงเศรษฐศาสตรของโครงการมีหลายวิธี วิธีหนง่ึ ท่ีนยิ มใชคือ การหาอตั ราสวนลดที่ทำใหผลตา งระหวางมูลคา ปจจบุ ันของรายรับและรายจา ยมีคา เปน ศูนย ผลตา งน้ีเรียกวามลู คาปจ จบุ ันสุทธิ (net present value) อัตราสวนลดทคี่ ำนวณไดเ รียกวาอตั ราผลตอบแทนภายใน (internalrate of return) เปน อัตราสวนลดที่ทำใหโครงการถึงจุดคุมทนุ ถา อัตราสวนลดจริงแตกตา งจากอัตราผลตอบแทนภายในโดยทำใหม ูลคา ปจ จุบันสทุ ธมิ ีคาเปนบวกโครงการน้นั ถือวา คุม คาแกการลงทนุ ตวั อยาง โรงไฟฟา แหงหนึ่งใชเงินลงทุนสรางโรงไฟฟา 1500 ลา นบาท หลังจากเดินเคร่ืองแลว ไดกำไรปละ 150 ลานบาท จงหาอตั ราผลตอบแทนภายในถา โรงไฟฟามอี ายุการใชงาน 20 ป จงประเมินความคุม คา ของโรงไฟฟา น้ีถาอัตราสว นลดเทา กบั 8%วิธที ำ เนื่องจากรายจายเกิดขึน้ ในปจ จบุ ันคอื 1500 ลา นบาท มูลคา ปจจบุ ันของรายจา ย (P )Vout จงึเทา กับ 1500 ลา นบาท รายรบั เปน เงนิ ชดุ ที่เกดิ ขนึ้ ทกุ ปรวม 20 ป มูลคาปจ จุบันของรายรับ (PVin) หาไดจ ากสมการ (2.3) โดย r = 0 150 [ ( 1 + 0 )20] i−0 1 P Vin = − 1+iแกสมการหา i ไดเพราะ P Vin = P Vout = 1500 [( 1 )20] 1 1− = 10 i 1+i =⇒ i = 0.078ถา i = 0.08 มลู คาปจ จบุ นั ของรายรบั จะมีคา นอยกวา 1500 ลา นบาทซ่งึ ทำใหมลู คา ปจ จบุ ันสทุ ธิตดิ ลบและโรงไฟฟาไมคมุ คา

2.2. เสน โคงภาระ 132.2 เสนโคง ภาระ โรงไฟฟาแตล ะโรงตองใชเงินลงทุนจำนวนมากในการสรางและเดินเคร่อื ง การสรางโรงไฟฟา เปนกระบวนการท่ีซับซอน ใชเงินลงทนุ มากและใชเวลานาน ดังนั้นการวางแผนลว งหนาจึงเปน เรอ่ื งสำคัญถาความตองการใชไฟฟา ในประเทศเพ่มิ ขึน้ เกินความคาดหมาย โรงไฟฟาอาจถกู สรา งข้ึนไมทันผลติไฟฟา เพ่อื รองรับความตองการและทำใหเกดิ สภาวะขาดแคลนไฟฟาอันจะนำไปสูความสูญเสียที่ใหญหลวงตอ ระบบเศรษฐกจิ ของประเทศได ในทางกลับกันการคาดหมายวา เศรษฐกจิ จะเตบิ โตเกนิ ความเปน จริงจะนำไปสูการสรา งโรงไฟฟามากเกินไป ซึ่งจะสง ผลใหโรงไฟฟาหลายโรงไมสามารถเดนิ เครอื่ งเต็มท่แี ละตอ งผลติ ไฟฟา ที่มตี นทุนสูง นกั วางแผนจะพยายามคาดคะเนความตองการไฟฟาในอนาคตเพ่ือวางแผนสรา งโรงไฟฟาข้ึนมารองรับความตอ งการไดทนั ทวงที ขอมูลที่ใชในการคาดคะเนไดม าจากหลายแหลงขอมูล แตข อ มลู ท่ีมอี ิทธิพลมากท่สี ุดคือ ขอ มลู ความตองการใชไ ฟฟาในอดีตและปจ จุบัน เพราะขอมูลน้ีจะใชว ิเคราะหแนวโนม ความตองการใชไฟฟาในอนาคตไดเปนอยา งดีเมื่อใชประกอบกบั ขอมูลอ่ืนๆ ขอ มูลความตองการใชไฟฟา มักจะถูกนำเสนอในรปู ของ เสน โคง ภาระ (load curve) สมมุติวาพลังไฟฟา ที่เมอื งหน่ึงตอ งการใชมึคาคงที่ในแตล ะเดอื นแตจะมีคา เปลี่ยนไปทุกเดอื น รูปท่ี 2.1 แสดงกราฟแทง ซงึ่ ความสงู ของแตละแทง แปรผนัตามพลงั ไฟฟา ในความเปน จริงพลงั ไฟฟาที่เมืองน้ีตองการใชจะมีคาเปล่ียนไปตลอดเวลา กราฟระหวา งความตอ งการไฟฟา กับเวลาจงึ เปนเสนโคง ในรูปที่ 2.1 เน่ืองจากพลังไฟฟา อาจไดจากโรงไฟฟาแหงใดแหง หน่ึง พลงั ไฟฟาน้ีจึงเปน ภาระ (load) ของโรงไฟฟา เสน โคงในรปู ที่ 2.1 จงึ เรยี กวา เสนโคงภาระ(load curve) โดยท่วั ไปเสน โคงภาระเปนกราฟระหวางพลังไฟฟา กบั เวลาโดยชว งเวลาอาจเปน 1 ชัว่ โมง1 วันหรอื 1 เดอื นกไ็ ดแลว แตวตั ถุประสงคของการเขยี นเสนโคง ภาระ รูปท่ี 2.1: ตวั อยา งเสนโคงภาระในชว งเวลา 12 เดือน สง่ิ ที่นา สังเกตเกี่ยวกบั เสน โคงภาระคือ ความไมคงท่ีของความตอ งการไฟฟา ซึง่ สง่ิ น้ีเปน ธรรมชาติของความตองการไฟฟา กลา วคือ ความตอ งการไฟฟา ในชวงกลางวนั ยอมมากกวา ชวงกลางคนื เพราะการดำเนินกจิ กรรมตา ง ๆ ท่ีใชไฟฟา เกดิ ข้นึ ในชวงกลางวนั มากกวากลางคืน และความตองการไฟฟา ใน

14 บทที่ 2. เศรษฐศาสตรของการผลิตไฟฟาชว งหนารอ นอาจมากกวาชว งหนาหนาวเพราะมกึ ารใชเคร่ืองปรับอากาศในหนา รอนมากกวาหนา หนาวแฟกเตอรสองคา ท่ีใชว ดั ความไมค งที่ของความตอ งการไฟฟา คอื ภาระสงู สุด (peak load) และแฟกเตอรภาระ (load factor) ไฟฟา เปน พลังงานรปู หน่งึ ระบบพลังไฟฟาจึงตอ งอยูในสภาวะสมดลุ ตามรปู ท่ี 2.2 กลา วคอื พลังไฟฟาทผ่ี ลิตได ณ เวลาหนึง่ ลบดวยพลังงานไฟฟา ท่สี ญู เสยี ไปจะตอ งเทา กบั พลังไฟฟาทถ่ี กู ใช ณ เวลานัน้บวกพลังไฟฟา ท่ีถูกเก็บสะสม ณ เวลาเดียวกัน โดยทวั่ ไประบบสะสมพลังไฟฟาไมเปน ที่นยิ มเนื่องจากไมม ีความคุมคา เชิงเศรษฐศาสตร ดังนัน้ พลงั ไฟฟา ท่ีผลิตไดจะตอ งมากกวาพลังไฟฟา ท่ีตอ งการใชเสมอเม่ือใดกต็ ามที่ความตองการใชไฟฟา มากกวา ความสามารถในการผลิตไฟฟา ระบบพลังไฟฟา จะเกดิปญ หาไฟฟา ดบั (blackout) ซง่ึ อาจสงผลเสยี ตอเศรษฐกิจของประเทศอยางรนุ แรง ดงั น้ันในทางทฤษฎีพลงั ไฟฟารวมของระบบจะตองมากกวาภาระสงู สุดซ่งึ ก็คือ คาสงู สดุ ของเสนโคงภาระ นอกจากน้ีโรงไฟฟาอาจตองปดซอมเปนระยะๆ ดงั นน้ั ในทางปฏบิ ตั ิพลงั ไฟฟารวมของระบบควรมากกวาภาระสูงสดุ15-20% เพอื่ ความมั่นใจวา ระบบพลงั ไฟฟา จะสามารถรองรบั ภาระสงู สดุ ไดตลอดเวลา อยางไรกต็ ามพลงั ไฟฟารวมของระบบทม่ี ากเกินความจำเปนจะทำใหตนทนุ การผลติ ไฟฟา สงู เกนิ ไปรปู ท่ี 2.2: สมดลุ ระบบพลงั ไฟฟา ภาระสงู สุดในรปู ที่ 2.1 มีคาประมาณ 93 MW และเกิดขน้ึ ในเดือนท่ี 7 สำหรับประเทศไทย ภาระสูงสดุ จะเกิดขึ้นในชวงที่อาุ กาศรอ นท่ีสุดซ่ึงตามปกติจะอยูระหวา งมีนาคมถึงพฤษภาคม ตารางท่ี 2.1เปรียบเทยี บภาระสงู สุดของประเทศไทยกบั กำลังการผลิตไฟฟา รวมของประเทศซึ่งเปนผลรวมของกำลงัการผลิตไฟฟา ของโรงไฟฟา ทกุ โรงในประเทศระหวางป พ.ศ. 2548-2557 จะเหน็ วาภาระสูงสดุ เพ่มิขึน้ อยางตอ เนอื่ งทุกปยกเวนบางปที่เกดิ วิกฤติเศรษฐกิจ ดงั น้นั จึงมีความจำเปน ตองขยายกำลงั การผลิตไฟฟาของประเทศไทยดว ยการสรางโรงไฟฟาเพ่ิมทุกปซึง่ ทำใหการคาดการณภาระสงู สุดมีความสำคัญตอ การวางแผนสรา งโรงไฟฟาเพอื่ ใหมีกำลังการผลิตไฟฟา ที่พอเหมาะ พื้นที่ภายใตเสนโคง ภาระคือ พลงั งานไฟฟาท่ีถกู ใชไปในชว งเวลาท่ีพจิ ารณา ถาแกนตัง้ มีหนว ยเปนkW แกนนอนมีหนว ยเปนชวั่ โมงพ้นื ที่ภายใตเสน โคงภาระจะมีหนว ยเปน kW.h หรอื 1 หนว ยไฟฟาภาระเฉลีย่ (average load) คำนวณจากพน้ื ท่ีใตเสนโคง ภาระหารดวยชว งเวลา อัตราสว นของภาระเฉลี่ย (Pave) ตอ ภาระสงู สดุ (Pmax) คอื แฟกเตอรภาระ (LF)LF = Pave (2.6) Pmax

2.2. เสน โคง ภาระ 15ตารางที่ 2.1: ภาระสูงสุดและกำลงั การผลติ ไฟฟา รวมของประเทศไทยระหวา งป พ.ศ. 2548-2557 ป พ.ศ. ภาระสงู สุด (MW) กำลังการผลติ ไฟฟารวม (MW) 2548 20538 26450 2549 21064 27106 2550 22586 28530 2551 22568 29892 2552 22045 29212 2553 24010 30920 2554 23900 31447 2555 26121 32600 2556 26598 33681 2557 26942 34668ถา แฟกเตอรภาระมคี านอ ย ชวงเวลาที่ความตอ งการไฟฟาสงู สดุ จะเปน ชวงสน้ั ๆ ในขณะท่ีความตองการไฟฟาในชวงเวลาอื่นจะนอยกวาความตองการไฟฟา สูงสุดมาก ดงั นัน้ โรงไฟฟาท่ีสรา งขน้ึ มาเพอื่ ตอบสนองความตองการไฟฟา สงู สดุ จะเดนิ เคร่ืองไมเต็มที่ในชว งเวลาสวนใหญ ในทางกลับกัน แฟกเตอรภาระที่มากหมายความวา โรงไฟฟา เดนิ เคร่อื งเกอื บเต็มทต่ี ลอดเวลา ในกรณีที่ความตอ งการไฟฟาที่มีเสน โคงภาระตามรูปท่ี 2.1 ไดรับพลงั งานไฟฟาจากโรงไฟฟาเพียงหน่งึ โรง เสน โคงภาระของโรงไฟฟา นนั้ ก็จะเปน เสน โคง เดยี วกันกับในรปู ที่ 2.1 แตถา มีโรงไฟฟา มากกวาหนงึ่ โรงจา ยไฟฟาใหอาณาเขตดังกลา ว เสน โคง ภาระของโรงไฟฟาแตล ะโรงจะมีลักษณะแตกตา งจากรูปท่ี 2.1 โดยข้ึนกับการเลอื กใชงานโรงไฟฟา แตละโรง โรงไฟฟาแตละโรงไดรบั การออกแบบใหมีกำลังการผลิตไฟฟา สงู สุด (rated capacity) คาหนึ่ง อตั ราสวนระหวางพลังไฟฟาเฉล่ียท่โี รงไฟฟา ผลติ ในชว งเวลาหน่งึ กับกำลงั การผลติ ไฟฟา สูงสดุ เรยี กวา แฟกเตอรความสามารถ (capacity factor) CF = Pave (2.7) Pratedเปนทน่ี าสังเกตวา Pave ในสมการ (2.7) หมายถึงพลงั ไฟฟาเฉล่ียของโรงไฟฟา ซง่ึ อาจไมเ ทากับพลงั ไฟฟาเฉลยี่ ของความตองการไฟฟา ในระบบนอกจากนี้ Prated ก็ไมจำเปนตองเทากับ Pmax ในสมการ (2.6)ดังนนั้ แฟกเตอรภาระของท้งั ระบบอาจไมเทา กับแฟกเตอรความสามารถของโรงไฟฟา ท่ีจา ยไฟใหระบบในกรณีที่มีโรงไฟฟาหลายแหง จายไฟใหระบบ อยา งไรกต็ ามในกรณีท่ีมีโรงไฟฟาเพียงแหงเดยี วจา ยไฟใหระบบ เสน โคง ภาระของระบบและโรงไฟฟา จะเปนเสนโคง เดียวกนั ดังนนั้ Pave ในสมการ (2.6) และ(2.7) จงึ มีคา เทากันซึง่ ทำให CF = LF.Pmax (2.8) Pratedตวั อยาง เมืองหนึ่งตองการไฟฟา ภายในชวงเวลาหนึง่ วนั ตามตารางขางลา งนี้

16 บทท่ี 2. เศรษฐศาสตรของการผลติ ไฟฟา เวลา (h) 0-6 6-10 10-12 12-16 16-20 20-22 22-24ภาระ (MW) 30 70 90 60 100 80 60 ก. จงวาดเสน โคง ภาระของในชวงเวลาดังกลาวและหาแฟกเตอรภาระของระบบ ข. ถา มีโรงไฟฟา เพยี งแหง เดียวจายไฟฟาใหระบบโดยท่ีกำลังการผลิตไฟฟา สงู สุดของโรงไฟฟาเทากบั 100 MW จงหาแฟกเตอรค วามสามารถของโรงไฟฟาแหงนี้ ค. ถามีโรงไฟฟาสองแหงที่จายไฟใหระบบโดยโรงไฟฟาแหงแรกมึกำลังการผลติ ไฟฟาสงู สดุ ของโรงไฟฟาเทา กับ 70 MW และจา ยไฟใหระบบไมเกนิ 70 MW ตลอด 24 ชว่ั โมงในขณะท่ีโรงไฟฟาแหงท่ีสองมึกำลงั การผลติ ไฟฟาสูงสดุ เทา กับ 30 MW และจา ยไฟใหระบบเมอ่ื ความตองการไฟฟาเกนิ 70 MWจงหาแฟกเตอรความสามารถของโรงไฟฟา ทงั้ สองแหงวิธีทำรปู ที่ 2.3 แสดงเสนโคง ภาระของระบบ แฟกเตอรภ าระของระบบคำนวณไดดังนี้Pave = 30 × 6 + 70 × 4 + 90 × 2 + 60 × 4 + 100 × 4 + 80 × 2 + 60 × 2= 65 MW 24LF = 65 = 0.65 100 รูปที่ 2.3: เสน โคง ภาระในปญ หาตัวอยาง ในกรณีที่มีโรงไฟฟา แหง เดยี วจา ยไฟใหระบบ CF = LF เนือ่ งจาก Pave ของโรงไฟฟาและของระบบมคี า เทากนั และ Prated = Pmax = 100 MW ในกรณีท่ีมีโรงไฟฟา สองแหง จายไฟใหระบบ เสนโคง ภาระของระบบแบงเปน สองสวน สวนแรกอยูใตเสน ประในรูปที่ 2.3 จายไฟโดยโรงไฟฟา แหงแรก สวนท่ีสองอยูเหนอื เสน ประจา ยไฟโดยโรงไฟฟาแหง

2.3. ตนทุนการผลติ ไฟฟา 17ทีส่ อง แฟกเตอรค วามสามารถของโรงไฟฟาแหงแรกคำนวณไดดงั นี้Pave,1 = 30 × 6 + 70 × 6 + 60 × 4 + 70 × 6 + 60 × 2 = 57.5 MW 24 57.5CF1 = 70 = 0.82โรงไฟฟา แหง ท่ีสองเดนิ เครื่องเมอื่ ความตองการไฟฟาสงู กวา 70 MW และนับเวลาเดนิ เครอ่ื งเปน 24 hเชน กันแมว าบางชว งเวลาจะไมไดผ ลติ ไฟฟา กต็ าม ดังนน้ั Pave,2 = 20 × 2 + 30 × 4 + 10 × 2 = 7.5 MW 24 7.5 CF2 = 30 = 0.252.3 ตน ทุนการผลิตไฟฟา ไฟฟาก็เหมอื นกับสนิ คา ทวั่ ไปที่ตองมีตนทุนการผลติ ตน ทุนของคา ไฟฟามาจากคาใชจา ยในการผลิตไฟฟา ของโรงไฟฟา ตนทนุ ที่แปรผันตามพลงั งานไฟฟา ท่ีโรงไฟฟาผลิตไดเรยี กวา ตน ทนุ ผนั แปร(variable cost) สว นตน ทุนที่ไมขึน้ อยูกับพลังงานไฟฟาท่ีผลติ ไดเรียกวา ตนทุนคงที่ (fixed cost)ตน ทุนคงที่ตอ หนวยไฟฟา ที่ผลติ โดยโรงไฟฟาจะมีคา ลดลงเม่ือโรงไฟฟา ผลิตไฟฟามากขึ้น ในทางตรงขามตน ทนุ ผันแปรตอหนว ยไฟฟาจะมีคาคงท่ีเนือ่ งจากพลงั งานไฟฟาท่ีผลติ โดยโรงไฟฟาแปรผันตามแฟกเตอรความสามารถ ดงั นัน้ กราฟระหวา งตนทุนคงที่ตอหนว ยไฟฟา และตนทุนผันแปรตอ หนว ยไฟฟากบั แฟกเตอรความสามารถจึงมีลักษณะตามรูปที่ 2.4 โปรดสงั เกตวา ตน ทุนรวมตอหนว ยไฟฟาซึ่งเปน ผลรวมของตนทนุ ไมผนั แปรตอหนว ยไฟฟาและตนทนุ ผนั แปรตอหนวยไฟฟามีคา ลดลงเมอ่ื แฟกเตอรภาระเพิ่มข้ึน กราฟระหวางตน ทุนตอ หนวยไฟฟากบั แฟกเตอรความสามารถของโรงไฟฟาแตล ะประเภทแตกตางกันเนื่องจากโครงสรางของตน ทนุ การผลติ ไฟฟาท่ีแตกตา งกัน โครงสรา งของตน ทุนการผลิตไฟฟาแบงเปน คาเช้อื เพลิง (fuel cost) คาดำเนินการและบำรงุ รกั ษา (operation and maintenance cost)และคากอสราง (construction cost)2.3.1 คา เชอื้ เพลิง คา เช้ือเพลิงจัดเปนคา ใชจา ยผันแปร คา เชื้อเพลงิ เปน คา ใชจายหลักของโรงไฟฟา ดีเซล โรงไฟฟา พลังความรอนและโรงไฟฟา กังหันกา ซเนอื่ งจากเชอื้ เพลิงฟอสซิลของโรงไฟฟามีราคาแพง โรงไฟฟานวิ เคลยี รมคี าเชื้อเพลงิ ท่ีถูกกวา โรงไฟฟา พลังนำ้ ไมมีคาเชอื้ เพลิงเลยเพราะนำ้ จากเขอื่ นเปน ของฟรี

18 บทที่ 2. เศรษฐศาสตรของการผลติ ไฟฟารูปที่ 2.4: ความสมั พนั ธระหวางตนทนุ ตอหนว ยไฟฟากับแฟกเตอรค วามสามารถของโรงไฟฟา คาเช้ือเพลงิ ตอหนว ยไฟฟา (cf) คำนวณจากคาเช้ือเพลงิ ทใ่ี ชผ ลติ ไฟฟา (Cf) หารดวยพลังงานไฟฟาทผ่ี ลติ ได (E) ถา หนวยของ E คอื kJ แตห นว ยของ cf คือ บาทตอ หนว ยไฟฟา (kW.h) สตู รของ cf คอื cf = 3600Cf (2.9) Eสมมุตวิ า โรงไฟฟา มีประสทิ ธภิ าพ η ปริมาณไฟฟา ทีผ่ ลิตไดในหนง่ึ ปคอื E = η.Q (2.10)โดยที่ Q คอื ปริมาณความรอ นรวมที่ใชในการผลิตไฟฟาซึง่ มีคาเทากบั ผลคณู ของคาความรอ นของเชือ้เพลิง (HHV) ซึง่ มหี นว ยเปน kJ/kg และปรมิ าณเช้อื เพลงิ ทใ่ี ช (mf) ซงึ่ มหี นวยเปน บาท/kg Q = mf .HHV (2.11)ตามปกตริ าคาเชื้อเพลงิ (Ff) มีหนว ยเปนบาทตอกิโลกรัม ดงั นั้น Cf = mf .Ff (2.12) (2.13)แทนคา E และ Cf ในสมการ (2.9) cf = 3600Ff η.H H V ตวั อยาง วิศวกรออกแบบโรงไฟฟา แหงหนึง่ พจิ ารณาจัดซือ้ ถานหนิ จาก 4 ประเทศคอื จึน ออสเตร-เลยี อนิ โดนเิ ซยี และไทยซ่งึ มีราคา 1000, 1500, 1300 และ 1100 บาทตอ ตันตามลำดับ ถานหินจากทัง้4 ประเทศมีคาความรอนเทากบั 20, 22, 18 และ 15 MJ/kg ตามลำดบั อยากทราบวา การผลติ ไฟฟาโดยใชถ า นหนิ จากประเทศใดมีคา เชื้อเพลิงถกู ท่สี ดุ

2.3. ตนทนุ การผลติ ไฟฟา 19 วิธีทำ สมมุติวา ประสิทธภิ าพของโรงไฟฟาไมข้ึนกบั ชนดิ ของถา นหนิ สมการ (2.12) แสดงใหเหน็ วา cfแปรผันตาม Ff /HHV ตารางขางลา งเปรียบเทียบ Ff/HHV ของถานหินจาก 4 ประเทศ ประเทศ Ff (บาท/kg) HHV (MJ/kg) Ff /HHV (บาท/MJ) จนี 1.0 20 0.050 1.5 22 0.068ออสเตรเลยี 1.3 18 0.072อินโดนิเซยี 1.1 15 0.073 ไทยเพราะฉะนั้นการผลติ ไฟฟาโดยใชถา นหนิ จากประเทศจีนมีคา เชอื้ เพลงิ ถกู ที่สดุ ตวั อยา ง โรงไฟฟาขนาด 800 MW แหงหนึง่ มีประสทิ ธภิ าพ 38% และแฟกเตอรความสามารถ82% โรงไฟฟา แหง นใี้ ชถ านหินทีม่ ีคา ความรอ น 20000 kJ/kg ถา ตองการใหคา เช้อื เพลงิ ไมเ กนิ 0.5 บาทตอ หนวย อยากทราบวาถา นหินตองมรี าคาไมเ กินเทา ไรวธิ ที ำFf คำนวณจากสมการ (2.13) Ff = cf .η.HHV 3600 = 0.5 × 0.38 × 20000 3600 = 1.06 บาท/kgเปน ท่ีนา สงั เกตวา คาเชอ้ื เพลงิ ไมข ึ้นกบั ขนาดของโรงไฟฟา และแฟกเตอรค วามสามารถ2.3.2 คาดำเนินการและบำรุงรักษา คา ดำเนนิ การและบำรงุ รักษาประกอบดว ยคาแรงงานในการเดนิ เครอื่ งและบำรงุ รักษาโรงไฟฟาคาแรงงานสว นใหญเปน คา จา งบคุ ลากรของโรงไฟฟาซ่งึ ไดแก ชา งเทคนคิ วิศวกร เจาหนาท่ีสำนกั งาน ผูบรหิ าร เปน ตน นอกจากนี้คาดำเนินการและบำรงุ รักษายงั รวมถงึ คาอะไหล คาวสั ดุซอมบำรุง คานำ้ คาวสั ดุในสำนักงานและคา ใชจายอ่นื ๆ คาดำเนินการและบำรงุ รกั ษามีบางสวนเปน คา ใชจายคงท่ีและบางสว นเปนคาใชจา ยผนั แปร โรงไฟฟาพลงั ความรอนมกั คาดำเนินการและบำรุงรกั ษาสูงเม่ือเทยี บกับโรงไฟฟา พลังน้ำและโรงไฟฟาดเี ซล คาดำเนนิ การและบำรุงรักษาตอหนวยไฟฟา มีคา เทากับ com = Com (2.14) E

20 บทท่ี 2. เศรษฐศาสตรของการผลติ ไฟฟาโดยที่ Com คือ คาดำเนนิ การและบำรงุ รกั ษาของโรงไฟฟา ตลอดชวงเวลาหนึ่งปและ E ที่จำนวนหนวยไฟฟา ทีโรงไฟฟา ผลิตไดในหน่ึงป สมมตุ ิวาโรงไฟฟา เดินเครือ่ ง 8760 ช่ัวโมงตอป ปรมิ าณไฟฟา ที่ผลติ ไดในหน่ึงปคือ E = 8760Pave (2.15)โดยที่ Pave คำนวณจากสมการ (2.7) ถาทราบแฟกเตอรความสามารถและกำลังการผลติ ไฟฟา สูงสดุของโรงไฟฟา ดงั น้นั สมการ (2.14) กลายเปน com = Com (2.16) 8760.C F.Prated ตัวอยา ง โรงไฟฟาขนาด 600 MW มีคาดำเนนิ การและบำรุงรกั ษารวม 500 ลานบาทตอป ถาแฟกเตอรค วามสามารถของโรงไฟฟา เทากับ 35% จงหาคาดำเนินการและบำรงุ รกั ษาตอหนว ยไฟฟาวธิ ที ำ 500 × 106 com = 8760 × 0.35 × 600 × 103 = 0.27 บาท/kW.h2.3.3 คากอ สราง คา กอ สรางหมายถึง คา ใชจา ยในการออกแบบและวางแผน คาท่ีดิน คา ปรับปรุงท่ดี นิ เพ่อื กอ สรา งคา สงิ่ ปลูกสราง คาเครื่องจักร คาทดสอบเดินเครือ่ งโรงไฟฟา หลงั สรา งเสร็จใหมๆ และคา ควบคุมงานกอสรา ง ในการวเิ คราะหเชิงเศรษฐศาสตร คากอ สรา งประกอบดวย คา เสื่อมราคา (depreciation) คาตอกเบ้ียในการกูยืมเงนิ เพ่อื กอสรา งโรงไฟฟา คา ภาษี และคา ประกันภยั คาเสือ่ มราคาหมายถึงคา ใชจา ยท่ีสญู เสียไปในแตละปกับการเสอ่ื มสภาพของโรงไฟฟา เม่ือครบอายุการใชงานของโรงไฟฟาซึ่งอาจกินเวลา 30-40 ป โรงไฟฟา จะมีราคานอยกวาเมอ่ื เริม่ เดนิ เครอ่ื งใหม ราคาที่เหลืออยูของโรงไฟฟา เรียกวา มูลคา ซาก (salvage value) ซ่งึ มักระบุเปน เปอรเซ็นตของมลู คาเร่มิ ตน ของโรงไฟฟา ผลตางระหวางมลู คา เริ่มตน (A) และมลู คาซาก (G) เปนคา เส่อื มราคารวมของโรงไฟฟา คาเส่ือมราคา (D) หมายถึงเงินที่ตองเกบ็ ออมไวในแตละปเพื่อชดเชยมลู คาท่ีสญู เสียไปของโรงไฟฟา ถา โรงไฟฟา มอี ายุการใชงาน N ปการคำนวณคาเสอ่ื มราคามสี องวิธีคอื• วธิ เี สนตรง (staight-line method) กำหนดใหค ำนวณคาเส่ือมราคาดงั นี้ D= A−G (2.17) Nคาเส่ือมราคาในวิธีเสน ตรงเปน เงินทนุ ที่เกบ็ ออมทุกปแตไมม ีการนำเงินทุนนี้ไปลงทนุ เพอื่ หาดอกผล

2.3. ตน ทนุ การผลิตไฟฟา 21• วธิ ีกองทนุ จม (sinking-fund method) กำหนดใหคำนวณคา เสื่อมราคาดังน้ี (A − G)i (2.18) D = (1 + i)N − 1โดยที่ i คอื อัตราสว นลดหรอื อัตราดอกเบย้ี คาเสือ่ มราคาในวิธีกองทนุ จมเปน เงนิ ทุนท่ีเก็บออมทกุ ปและมกี ารนำเงินทุนนีไ้ ปลงทนุ เพื่อหาดอกผล ในแตล ะปคาเสื่อมราคา คาตอกเบีย้ คาภาษี และคาประกันภยั มกั ระบุเปน เปอรเซน็ ตของคากอสรางโรงไฟฟา เรยี กวา อตั ราคาใชจา ยคงท่ี (fixed-charge rate) ซ่งึ อาจจะเทา กนั หรือแตกตางกนัในแตละปกไ็ ด ถา คากอ สรางโรงไฟฟา คอื Cc และอัตราคา ใชจา ยคงที่คือ I คากอสรา งตอหนว ยไฟฟามีคาดงั น้ี cc = I Cc (2.19) 8760.C F.Prated โรงไฟฟาแตละประเภทจะมีคา กอ สรางไมเทากัน กลา วคือ โรงไฟฟานิวเคลียรและโรงไฟฟาพลงั นำ้มักมีคา กอสรางสูง โรงไฟฟา พลงั ความรอนมีคากอสรางนอ ยกวา ในขณะที่โรงไฟฟา กังหนั กา ซและโรงไฟฟาดเี ซลมีคา กอ สรางตำ่ คา กอ สรางอาจคำนวณไดด งั น้ี Cc = FcPrated (2.20)โดยท่ี Fc คือคา กอ สรา งตอ กำลังการผลิตไฟฟา โดยท่วั ไป Fc จะลดลงตามกำลงั การผลติ ไฟฟาที่เพ่มิ ข้ึนดงั น้ันในแงของการลงทนุ โรงไฟฟา ขนาดใหญคุม คา กวา โรงไฟฟา ขนาดเล็กถาสามารถใชงานโรงไฟฟาไดเต็มท่ี ตวั อยา ง โรงไฟฟา แหงหนึ่งใชเงินลงทนุ กอ สรา ง 65 ลานบาท โดยมีอายุการใชงาน 15 ป จงคำนวณหาจำนวนเงินท่ีจะตอ งออมไวในแตล ะปเพื่อเปล่ียนอปุ กรณของโรงไฟฟา เม่อื สน้ิ สดุ อายุการใชงาน กำหนดใหอัตราดอกเบ้ยี เทากบั 5% และมูลคาซากเทา กบั 5 ลานบาท ใชวิธีเสน ตรงในการคำนวณคาเส่ือมราคา วิธีทำ เนอ่ื งจาก A = 65 ลา นบาท G = 5 ลา นบาทและ N = 15 ป ดังนั้น 65 − 5 D= 15 = 4 ลานบาทตอป ตวั อยาง จงคำนวณคากอ สรางตอหนว ยไฟฟาของโรงไฟฟาขนาด 150 MW ที่มีคา ลงทนุ กอ สราง20000 บาท/kW โดยกำหนดใหอตั ราดอกเบย้ี และคาเสือ่ มราคาเปน 10% ของเงินลงทนุ โรงไฟฟาแหงน้ีเปนโรงไฟฟา แหงเดยี วที่จายไฟใหร ะบบท่มี ีภาระสงู สดุ 120 MW และแฟกเตอรภ าระ 50%

22 บทที่ 2. เศรษฐศาสตรข องการผลติ ไฟฟา วธิ ีทำ คา กอสรา งรวมเทากับ 20000 × 150 × 103 = 3000 ลา นบาท I = 0.1 สมการ (2.8) สามารถใชห าคา แฟกเตอรความสามารถของโรงไฟฟา 0.5 × 120 CF = 150 = 0.4ดังนนั้ 0.1 × 3000 × 106 cc = 8760 × 0.4 × 150 × 103 = 0.57 บาท/kW.h2.3.4 การเปรยี บเทยี บตนทนุ การผลิตไฟฟา โรงไฟฟา แตล ะประเภทมีโครงสรางตนทนุ การผลติ ไฟฟาที่แตกตา งกนั เสน กราฟแตล ะเสนในรูปท่ี 2.5 แทนตนทุนการผลติ ไฟฟาตอหนวยของโรงไฟฟาสามประเภท โรงไฟฟาประเภทที่ 1 มีตน ทนุ ไมผนั แปรสงู แตตนั ทนุ ผันแปรตำ่ ตัวอยางของโรงไฟฟาประเภทท่ี 1 คอื โรงไฟฟา นิวเคลยี ร โรงไฟฟา พลังความรอ น และโรงไฟฟาพลังนำ้ โรงไฟฟา ประเภทท่ี 2 มตี น ทุนไมผนั แปรและตนั ทนุ ผันแปรตำ่ ปานกลางตวั อยา งของโรงไฟฟา ประเภทที่ 2 คอื โรงไฟฟาพลงั ความรอ นที่ใชงานมานานและไดรับการบำรุงรักษาอยางดีแตก็ยังมีประสิทธิภาพต่ำกวาโรงไฟฟา ใหม โรงไฟฟา ประเภทท่ี 3 มีตนทุนไมผันแปรตำ่ แตตันทนุผันแปรสงู ตวั อยางของโรงไฟฟา ประเภทที่ 3 คือ โรงไฟฟากังหันกาซและโรงไฟฟาดเี ซล จะเห็นวาโรงไฟฟาประเภทท่ี 1 เหมาะกบั การเดนิ เครื่องเตม็ ที่หรือตลอดเวลา (แฟกเตอรความสามารถสงู ) โรงไฟฟาประเภทที่ 2 เหมาะกบั การเดนิ เครอ่ื งไมเตม็ ท่ีหรอื เดนิ เครือ่ งในชวงเวลาที่ไมนานนัก (แฟกเตอรความสามารถปานกลาง) และโรงไฟฟาประเภทที่ 3 เหมาะกับการเดินเครือ่ งเล็กนอ ยหรือในชวงเวลาสน้ั ๆ(แฟกเตอรความสามารถตำ่ ) ถานำรปู ท่ี 2.1 มาวาดใหมโ ดยเปลีย่ นแกนนอนเปน % ของชว งเวลาและเรยี งลำดบั คา ความตองการใชไฟฟา จากมากไปหานอ ยจะไดเสน โคง การกระจายภาระ (load distribution curve) ดงั แสดงในรปู ท่ี 2.6 เสน โคง นี้แสดงใหเห็นวาภาระความตอ งการไฟฟา อาจแบง เปนสามสว น สวนแรกคือ ภาระหลัก (base load) ซงึ่ มีคาแฟกเตอรภาระสูง สวนท่ีสองคอื ภาระเสริม (intermediate load) ซงึ่ มีคาแฟกเตอรภ าระปานกลาง สวนท่ีสามคือ ภาระสงู สดุ (peak load) ซึง่ มคี าแฟกเตอรภ าระตำ่ ในกรณีท่ีมีความตองการใชไฟฟาจากตามรปู ท่ี 2.6 การเลือกใชโรงไฟฟาสามประเภทผลิตไฟฟา รว มกันจะสง ผลใหตน ทนุ รวมตอ หนว ยมีคา ตำ่ สุด กลา วคือ โรงไฟฟาประเภทที่ 1 เหมาะกับการผลติ ไฟฟาสำหรบั ภาระสวนฐานเนอื่ งจากรูปที่ 2.5 แสดงใหเห็นวา ตนทนุ การผลิตไฟฟา ของโรงไฟฟา ประเภทท่ี 1มีคาต่ำสดุ เม่อื แฟกเตอรภาระมีคาสูง ในทำนองเดียวกนั โรงไฟฟาประเภทที่ 2 เหมาะกบั การผลติ ไฟฟาสำหรับภาระสวนกลางและโรงไฟฟา ประเภทท่ี 3 เหมาะกับการผลติ ไฟฟาสำหรับภาระสวนยอด โรงไฟฟา ประเภทท่ี 1, 2 และ 3 จงึ เรยี กวาโรงไฟฟาภาระหลกั โรงไฟฟาภาระเสริมและโรงไฟฟาภาระสงู สดุตามลำดับ ซงึ่ ทงั้ หนว ยผลิตไฟฟาทัง้ สามหนว ยควรมีลกั ษณะดังนี้

2.3. ตน ทนุ การผลติ ไฟฟา 23รูปที่ 2.5: เปรยี บเทยี บตนทนุ การผลติ ไฟฟา ของโรงไฟฟาสามประเภท รปู ท่ี 2.6: เสน โคง การกระจายภาระ• โรงไฟฟาภาระหลักควรใชเช้อื เพลิงราคาถกู มีคา ใชจายต่ำ และมีประสทิ ธภิ าพสูง อยา งไรก็ตาม คา กอ สรา งอาจแพงและใชเวลากอ สรา งนาน โรงไฟฟาแบบน้ีมักเปน ใชพลังความรอ นที่ไดจาก จากถานหนิ หรอื เชื้อเพลงิ นวิ เคลียร• โรงไฟฟาภาระเสรมิ ควรมีขนาดเลก็ กวา โรงไฟฟา หลัก อาจเปนโรงไฟฟา เกาท่ีเคยเปนโรงไฟฟา หลัก ประสทิ ธภิ าพของโรงไฟฟาภาระเสริมจะตำ่ กวา ของโรงไฟฟาภาระหลัก นอกจากนี้คาใช จา ยจะสูงกวาเน่อื งจากความตอ งการการบำรุงรักษาที่มากกวา• โรงไฟฟา ภาระสูงสุดควรมีคากอสรางตำ่ สรา งเสรจ็ เรว็ แตมกั มีคา เชอื้ เพลงิ และคา ใชจายสงู ประสทิ ธิภาพของโรงไฟฟาภาระสงู สดุ มกั จะต่ำ แตมนั สามารถตอบสนองความตองการไฟฟา ได เรว็ หนว ยผลิตไฟฟาแบบนี้มกั ทำงานดว ยกงั หนั กา ซโดยใชกา ซธรรมชาติ และเคร่ืองยนตดีเซล โดยใชนำ้ มันดีเซล เปน ที่นา สังเกตวา เขอื่ นมีหนา ท่ีอื่นนอกเหนอื จากผลิตไฟฟา จึงอาจไมเหมาะ สมท่ีจะใชโรงไฟฟาพลงั นำ้ เปนอาจใชเปนโรงไฟฟา ภาระหลัก แตอาจเหมาะสมท่ีจะเปน ใชโรง ไฟฟาภาระสูงสุดมากกวาซ่งึ ประเทศไทยก็นิยมใชโรงไฟฟา พลงั นำ้ เปน โรงไฟฟาภาระสงู สุด

24 บทท่ี 2. เศรษฐศาสตรข องการผลิตไฟฟา2.3.5 อัตราคาไฟฟา ธุรกจิ ไฟฟา ในประเทศไทยมีลักษณะพเิ ศษที่เปนธุรกิจผกู ขาด แมว า การผลิตไฟฟาโดยภาคเอกชนมีสัดสว นเพ่ิมขน้ึ ในปจจุบนั เม่ือเทียบกับอดตี แตการจำหนายไฟฟายงั คงเปน ธรุ กิจท่ีจำกดั ใหรฐั วิสาหกจิสองแหงคอื การไฟฟา นครหลวงและการไฟฟา สว นภมู ิภาค การตั้งอัตราคา ไฟฟาโดยรัฐวสิ าหกิจทง้ั สองแหงนีม้ ีการควบคุมโดยรัฐบาลเพอ่ื ใหบรรลวุ ัตถปุ ระสงคต อ ไปน้ี • เพอ่ื ใหอัตราคา ไฟฟาสะทอนถึงตน ทุนทางเศรษฐศาสตรมากท่ีสุด และเพอ่ื สง เสริมใหมีการใช ไฟฟาอยา งมีประสิทธภิ าพ โดยเฉพาะสงเสรมิ ใหมีการใชไฟฟานอ ยลง ในชวงท่ีมีการใชไฟฟา สงู สุดของระบบไฟฟา ซ่ึงจะชว ยลดการลงทนุ ในการผลิตและการจัดจำหนา ยไฟฟาไดในระยะ ยาว • เพื่อใหการไฟฟาฝา ยผลติ การไฟฟา นครหลวงและการไฟฟา สว นภูมภิ าคมีฐานะการเงินท่ีมั่นคง และสามารถขยายการดำเนินงานในอนาคต ไดอยางเพยี งพอ • เพอ่ื ใหความเปน ธรรมแกผูใชไฟประเภทตา ง ๆ มากขึ้น โดยการลดการอุดหนนุ คาไฟฟาจากผูใช ไฟกลมุ หน่ึง โดยผูใชไฟฟา อกี กลมุ • เพ่ือใหก ารปรับอตั ราคา ไฟฟา มีความคลอ งตวั และเปนไปโดยอัตโนมัติสอดคลอ งกับราคาเชอ้ื เพลิงที่เปลี่ยนแปลงไปตามสภาวะตลาดท่ีมีการแขงขนั มากข้ึน วัตถปุ ระสงคท้ังสี่ประการทำใหโครงสรางอัตราคาไฟฟา ท่ีใชในประเทศไทยคอนขางซับซอ น ผูอา นท่ีสนใจสามารถดูรายละเอยี ดไดท ี่เว็บไซตของการไฟฟานครหลวง (http://www.mea.or.th) และการไฟฟา สวนภูมภิ าค (http://www.pea.or.th) แตจะไมกลา วในท่ีนี้ อยางไรก็ตามเปน ท่ีนาสนใจวา โครงสรางอัตราคา ไฟฟามีลกั ษณะดังตอไปนี้ • ผูใชไฟฟาถกู แบง เปน เจด็ ประเภทคอื (1) บานอยูอาศัย (2) กิจการขนาดเลก็ (3) กจิ การขนาด กลาง (4) กจิ การขนาดใหญ (5) กจิ การเฉพาะอยาง (หมายถึงโรงแรมและหอพัก) (6) สวนราชการ และองคกรท่ีไมแสวงหากำไร และ (7) การสบู นำ้ เพือ่ การเกษตร อตั ราคาไฟฟา ของผูใชไฟฟา แตล ะประเภทอาจแตกตางกนั ได • อตั ราคาไฟฟา เปนอตั รากา วหนา กลาวคือผูใชไฟฟา ในปริมาณนอ ยจะเสียคาไฟฟา ในอัตราที่ต่ำ กวาผใู ชไฟฟา ในปรมิ าณมาก • อัตราคา ไฟฟา แบงเปน สามสวนคอื คาพลังงานไฟฟา (energy charge) ซ่งึ เปน อตั ราคาไฟฟา ตอ หนว ย (kW.h) และคาพลงั ไฟฟา (demand charge) ซงึ่ เปนอัตราคาไฟฟาตอ คาภาระเฉลีย่ สูงสดุ ในชว งเวลา 15 นาที และคาบริการรายเดอื น คา พลังงานไฟฟา จะขึ้นกับคา ใชจา ยผนั แปร ของโรงไฟฟา ในขณะทคี่ าพลังไฟฟาจะขึน้ กับคาใชจา ยคงท่ี • เพอื่ ใหเปนไปตามกฎของอุปสงคและอปุ ทาน (supply and demand) คา พลังงานไฟฟา ในชว ง ทม่ี ีการใชไฟฟา มาก (peak period) ถูกกำหนดใหสูงคาพลังงานไฟฟา ในชวงทีม่ ีการใชไ ฟฟานอย (off-peak period) ชว งเวลาท่ีมีการใชไ ฟฟา มากอยูระหวาง 9.00-22.00 น. ของวนั จันทรถงึ วัน ศกุ ร

2.3. ตน ทุนการผลิตไฟฟา 25• เพื่อสงเสรมิ ใหใชไฟฟา อยางมีประสิทธภิ าพ ไดมีการกำหนดอัตราคา ไฟฟา ตามชว งเวลาการใช (time of use หรือ TOU) เปนทางเลอื กสำหรบั ผูใชไฟฟา อัตราคา ไฟฟา แบบบนี้จะชว ยใหผูใช ไฟฟาท่ีเปลยี่ นเวลาใชไฟฟา จากชวงเวลาท่ีมีการใชไฟฟา มากเปน ชวงเวลาที่มีการใชไฟฟานอย โดยไมเ ปลย่ี นปรมิ าณพลังงานไฟฟา ทใ่ี ช

26 บทที่ 2. เศรษฐศาสตรของการผลิตไฟฟาคำถามทายบท 1. ตนทนุ ผลิตไฟฟาอาจแบงเปน 3 สว น จงระบุวามอี ะไรบาง 2. อธิบายความหมายของตนทนุ คงท่ี 3. โรงไฟฟาภาระหลักควรมลี ักษณะอยางไร 4. โรงไฟฟา ประเภทใดในประเทศไทยทไี่ มม ตี น ทุนดา นเชอ้ื เพลงิ เลย 5. ทำไมโรงไฟฟาพลังความรอนจงึ ไมเ หมาะกบั การใชเปน โรงไฟฟา ภาระสงู สุด 6. ทำไมแฟกเตอรภ าระตำ่ ๆ จึงเปน สงิ่ ท่ีไมดี 7. ทำไมโรงไฟฟา ทวั่ ไปจึงมีหนวยผลิตไฟฟา ขนาดยอยหลายหนวยแทนที่จะมีหนว ยผลิตไฟฟา ขนาดใหญเ พยี งหนว ยเดียว 8. อธิบายอัตราคา ไฟฟา ตามชวงเวลาการใชห รอื TOU 9. คา เชือ้ เพลิงของโรงไฟฟา แหง หนงึ่ เทา กับ 50 บาท/GJ ในปแรก คา เชอื้ เพลงิ เพิ่มขึน้ 5% ทุกปใน ปท่ี 2 ถึง 5 ถาอัตราสวนลดเทากับ 5% จงหามลู คา ปจจุบันของคา เช้ือเพลงิ ในชว ง 5 ป 10. โรงไฟฟาแหง หนงึ่ มีคากอสรา ง 6000 ลา นบาท หลงั จากสรางเสรจ็ โรงไฟฟาแหงน้ีจะมีกำไร 500 ลานบาทตอปเร่มิ ตั้งแตหน่งึ ปหลังจากสรา งเสร็จ ถาอายุการใชงานของโรงไฟฟา คือ 30 ป จงหา อตั ราผลตอบแทนภายใน (internal return rate) 11. โรงไฟฟาแหง หน่ึงมีกำลังการผลิต 800 MW และเปนโรงไฟฟาแหง เดียวท่ีจายไฟฟาใหระบบที่มี ภาระสูงสดุ (peak load) เทากบั 750 MW ถาโรงไฟฟาเดินเครื่องปละ 8760 ชวั่ โมงและผลติ ไฟฟา ได 5 พนั ลานหนว ย จงหาแฟกเตอรความสามารถ (capacity factor) ของโรงไฟฟา 12. โรงไฟฟา แหงหนึง่ มีประสทิ ธภิ าพรวม 42% ใชเชื้อเพลิงที่มีคาความรอน 22000 kJ/kg โดยเชื้อ เพลงิ มรี าคา 1500 บาทตอ ตัน จงหาตนทุนคา เช้อื เพลงิ ตอ หนวยไฟฟา 13. ตนทุนคาดำเนินการและบำรุงรกั ษาของโรงไฟฟาแหงหนง่ึ เทา กบั 0.31 บาทตอ หนวย โรงไฟฟา แหงนี้กำลังการผลิต 700 MW เดนิ เครอื่ ง 8600 ช่วั โมงตอ ปและมีแฟกเตอรความสามารถ 45% อยากทราบวา โรงไฟฟา แหงนี้ตองจายคา ดำเนินการและบำรุงรกั ษาเทา ไรในหนึง่ ป 14. โรงไฟฟาแหง หน่งึ ใชเงินลงทนุ สราง 800 ลา นบาทและมีอายุการใชงาน 20 ป จงคำนวณหา จำนวนเงนิ ที่ตองออมในแตล ะปเพ่อื เปล่ยี นอุปกรณเครือ่ งจกั รของโรงไฟฟาเมอื่ ส้ินอายุการใช งาน กำหนดใหอัตราดอกเบยี้ เทากบั 4% และมูลคา ซาก (salvage value) เทา กับ 60 ลานบาท กำหนดใหใ ชว ิธีคิดคาเสอื่ มราคาแบบกองทนุ จม (sinking-fund method) 15. โรงไฟฟาขนาด 450 MW แหง หน่งึ มีคา กอสรา ง 18000 บาท/kW โรงไฟฟามีกำหนดเดนิ เครือ่ ง 24 ชว่ั โมงตอ วันและ 365 วันตอป กำหนดใหอตั ราคา ใชจายคงที่เทา กบั 9% จงคำนวณตนทนุ คา กอสรา งตอ หนว ยไฟฟาถา แฟกเตอรความสามารถของโรงไฟฟา คอื 37%

บทที่ 3เชื้อเพลงิ3.1 เชอ้ื เพลงิ แข็ง เชื้อเพลงิ แขง็ เปน เช้อื เพลงิ หลักของโรงไฟฟา พลังความรอน เชือ้ เพลงิ แขง็ มีขอ ดีคอื มีราคาถูกเมอ่ืเทยี บกับเชื้อเพลิงเหลวและเชอื้ เพลงิ กาซ แตมีขอเสยี คือ ตองการระบบเผาไหมที่คอ นขา งซับซอ นและกอ ใหเกิดมลภาวะมากกวา เชื้อเพลงิ แขง็ เกอื บทั้งหมดท่ีใชในโรงไฟฟา พลังความรอนคอื ถา นหิน(coal) อยา งไรกต็ ามการเผาไหมถา นหินทำใหเกดิ มลภาวะทางอากาศและสงผลเสยี ตอสภาวะโลกรอ นในปจจบุ นั จงึ มีความพยายามนำเช้ือเพลิงชวี มวล (biomass) มาเปนเชอื้ เพลิง แตเช้ือเพลงิ ชีวมวลที่เหมาะสมมีปริมาณไมมากนัก การใชเชื้อเพลิงชีวมวลจึงมีแนวโนมจะจำกดั อยูในโรงไฟฟาขนาดเล็กและขนาดกลาง3.1.1 ถานหิน ถา นหินเปนเชอ้ื เพลิงฟอสซลิ ที่เกดิ จากการเปล่ยี นแปลงที่ใชเวลาหลายลา นปของซากพืชภายใตภาวะความดนั และอุณหภมู ิสงู อายุของถานหินเปนตัวกำหนดสมบัติของถา นหนิ ถานหินตามแหลง ตา งๆ ในโลกจึงมีสมบตั ิตา งกนั ขึน้ อยูกับชนิดของซากพชื อายุ และสภาพแวดลอ มของแหลง ที่เกิดถานหนิถา นหนิ แบง ออกไดเปน 4 ประเภทตามอายุจากมากไปนอยคอื แอนทราไซต (Anthracite) บิทูมินัส(Bituminous) ซับบิทูมินสั (Sub-bituminous) และลิกไนต (Lignite) ถานหนิ ที่พบในประเทศไทยคือลกิ ไนตซ่ึงเปน ถา นหนิ เกรดตำ่ ทสี่ ดุการวิเคราะหถ านหนิ คณุ ภาพและราคาของถานหินถกู กำหนดโดยสว นประกอบของถา นหิน การวเิ คราะหถานหินคอืการหาสว นประกอบของถานหนิ และสดั สวนของสวนประกอบเหลาน้นั การวิเคราะหมีสองวิธีคือ การวิเคราะหโดยประมาณ (proximate analysis) และการวเิ คราะหขน้ั สุดทา ย (ultimate analysis) การวิเคราะหโดยประมาณคอื การหาสดั สว นโดยมวลของสว นประกอบ 4 อยางของถานหินไดแกความชื้น (moisture) สารระเหย (volatile matter) เถา (ash) และคารบอนอิสระ (free carbon) รูปที่ 3.1 แสดงขนั้ ตอนวธิ ีการวเิ คราะหโดยประมาณ ขั้นตอนแรกคอื เลอื กตัวอยางถา นหนิ ในปริมาณที่พอ

28 บทที่ 3. เชื้อเพลิงเหมาะกบั การทดสอบ ถานหนิ นี้จะถูกนำไปหามวลเรม่ิ ตน (mi) หลงั จากนัน้ ถา นหินจะถูกอบแหง แลวจึงหามวลที่เหลือของถา นหินแหง มวลท่ีหายไปคือ มวลของความชน้ื (mM) ถา นหินแหงจะถกู นำไปอบในสภาวะที่มีอุณหภูมิสงู และปราศจากอากาศเพ่ือไลสาระเหยออกไป ผลท่ีไดคือ ถา นโคก (coke) ผลตางระหวา งมวลของถานหินแหงกับถานโคกคอื มวลของสารระเหย (mV M) เมื่อนำถานโคก ไปเผาไหมโดยสมบรู ณก็จะเหลอื เพียงเถาซึง่ มีมวล mA ข้ันตอนสุดทา ยคอื คำนวณมวลของคารบ อนอสิ ระ (mFC)จากผลตา งระหวา งมวลของถา นหนิ เรมิ่ ตนกับผลรวมของมวลของความชื้น สารระเหยและเถา สดั สวนโดยมวลของสว นประกอบของถา นหินคือ มวลของสว นประกอบหารดวยมวลของถา นหนิ ดงั น้ีxF C = mF C ; xV M = mV M ; xM = mM ; xA = mA (3.1) mi mi mi mi ความช้ืนเปนสง่ิ ที่บง บอกอายุของถานหนิ ไดดีเพราะความชน้ื ลดลงตามอายุถา นหนิ ดงั นั้นแอนทราไซตมีความชน้ื ตำ่ มากในขณะที่ลกิ ไนตอาจมีความช้ืนสงู ถงึ 50% นอกจากความชื้นถา นหนิ ยงั อาจมีนำ้ท่ีมีพนั ธะกบั สารอ่นื (bound water) ซง่ึ ไมนับเปนความช้นื เพราะนำ้ ดงั กลา วไมระเหยโดยงายเหมอื นนำ้ อสิ ระ (free water) แตจะเหลือในถานหินแมว า ถานหนิ จะอยูในสภาพแหงสนิท การกำจัดนำ้ ที่มีพันธะกบั สารอื่นตองใชความรอ นที่มากกวาการอบแหงถา นหนิ ความชนื้ เปน สาเหตุหนง่ึ ของการสูญเสยีพลงั งานเนือ่ งจากเม่อื ถา นหินถกู เผาไหม ความรอ นบางสวนจะถูกใชไปในการทำใหความช้นื กลายเปนไอนำ้ อยา งไรกต็ ามความช้นื ก็มีขอดีที่ชว ยทำใหการเผาไหมถานหนิ ในปรมิ าณมาก เกดิ ขนึ้ อยางท่วั ถึง(uniform burning) ในบางครง้ั ถา ถา นหนิ มีความชน้ื นอยเกินไป ก็อาจจะตองเพม่ิ ความชนื้ ดว ยกระบวนการเทมเพอริง (tempering process) รูปท่ี 3.1 แสดงใหเห็นวาสารระเหยคอื สารตาง ๆ ท่ีถูกกำจัดออกจากถา นหนิ แหงที่ไดรบั ความรอนท่ีมีอุณหภมู ิสงู ถึง 954◦C สารเหลาน้ีไดแกกาซนานาชนดิ ที่แทรกตัวอยูในชอ งวางภายในถานหินซ่ึงมีท้งั กาซท่ีติดไฟไดเชน CH4 และที่ติดไฟไมไดเชน CO2 นอกจากนี้น้ำที่มีพนั ธะกับสารอน่ื ก็นบั วา รูปท่ี 3.1: ข้นั ตอนวธิ กี ารวิเคราะหโดยประมาณ

3.1. เชอ้ื เพลงิ แข็ง 29เปน สารระเหยเชน กนั เพราะมันก็จะถูกกำจัดออกจากถานหนิ เชนเดยี วกับสารระเหยอืน่ ถา นหนิ ที่มีสารระเหยมากคือถานหนิ ที่มีความพรนุ สูงซึ่งทำใหมีชองวางมากท่ีกกั เก็บกาซ การมีสารระเหยมากนับวาเปน ประโยชนถา สารระเหยตดิ ไฟไดเน่อื งจากมันจะชวยใหถานหนิ ตดิ ไฟงา ยข้นึ อยางไรกต็ ามสารระเหยที่ตดิ ไฟไดเปน สาเหตุสำคญั ของการเผาไหมขึ้นมาเอง (spontaneous combustion) ซึง่ อาจเกดิขึ้นกบั ถานหินที่อยูระหวา งการเกบ็ เพือ่ รอการเผาไหมในเตาเผา ถา อากาศมากพอและอณุ หภูมิสงู พอสารระเหยในถา นหินจะเผาไหมกบั ออกซเิ จนในอากาศได ปจจยั ท่ีมีผลตอ การเผาไหมข้นึ มาเองไดแกประเภทของถานหนิ พน้ื ผวิ ของกองถา นหนิ ท่ีสัมผสั กับอากาศ อุณหภมู ิแวดลอมและลกั ษณะการกองถา นหิน เถา เปนสารที่ไมเผาไหมและจะเหลือตกคา งจากการเผาไหมถา นหิน สวนประกอบของเถาไดแกAl2O3, Fe2O3, CaO, P2O5 เปนตน เถา จะเปน ตัวลดคุณภาพของถา นหนิ เชนเดียวกับความช้นื และยงั มีผลกระทบอ่ืน ๆ เถาท่ีมีอุณหภมู ิเถาหลอมเหลว (ash fusion temperature) ต่ำจะหลอมเหลวระหวางการเผาไหมกลายเปนสแลก (slag) ตกลงสูดานลางของเตาเผาหรือไปเกาะติดพน้ื ผวิ ของเตาเผา สวนเถาที่มีอุณหภูมิเถาหลอมเหลวสงู จะลอยไปกับกา ซเสยี ท่ีถกู ระบายสูบรรยากาศ และกลายเปนมลภาวะทางอากาศ คารบ อนอสิ ระหมายถึงคารบอนท่ีไมไดรวมกบั ธาตุอ่ืนอยูในรูปของสารประกอบ คารบ อนอสิ ระจงึอยูในสภาพที่พรอ มเผาไหม คารบ อนอิสระเปน สวนประกอบสำคญั ของถา นหนิ เพราะคาความรอนสวนใหญของถานหินมาจากคารบ อนอสิ ระ ถา นหนิ ที่มอี ายุมากมีสดั สวนของคารบ อนอสิ ระสูงและจัดเปนถานหินคุณภาพดี ในทางตรงขามถานหนิ คุณภาพตำ่ มีสดั สว นของคารบ อนอสิ ระนอ ย ตารางที่ 3.1 เปรยี บเทียบสว นประกอบของถา นหนิ ท้ัง 4 ประเภททไ่ี ดจากการวิเคราะหโดยประมาณจะเหน็ วาสัดสวนของความช้ืนลดลงตามอายุของถา นหิน ในขณะที่สดั สวนของคารบอนเพ่มิ ขน้ึ ตามอายุของถา นหิน สดั สวนของสารระเหยและเถาไมไดข ้นึ กบั อายุของถานหนิ เพียงอยา งเดยี วตารางท่ี 3.1: สว นประกอบของถา นหินจากการวเิ คราะหโดยประมาณชนิดของถา นหิน ความชน้ื (%) เถา (%) สารระเหย (%) คารบ อน (%)แอนทราไซต 4.3 9.6 5.1 81.0บทิ มู ินัส 8.5 10.8 36.4 44.3ซับบิทูมินสั 22.2 4.3 33.2 40.3ลกิ ไนต 36.8 5.9 27.8 29.5 การวเิ คราะหข ั้นสดุ ทา ยใชหาสัดสว นโดยมวลของคารบอน (C) ไฮโดรเจน (H) ออกซเิ จน (O) ไนโตร-เจน (N) กำมะถัน (S) ในถานหิน ขอมลู ที่ไดจะมีประโยชนมากในการวิเคราะหการเผาไหมของถานหินอยา งไรก็ตามวิธีน้ีนับวาซับซอ นมากกวา วธิ ีการวิเคราะหโดยประมาณ ถานหนิ ท่ีนำมาวเิ คราะหเปนถานหนิ ในสภาพแหงและไมม ีเถา (dry ash-free coal) ดงั นัน้ มวลของถา นหนิ ท่ีนำมาวเิ คราะหจงึ เปนมวลของคารบอนอสิ ระรวมกับมวลของสารระเหย m = mF C + mV M (3.2)

30 บทท่ี 3. เช้ือเพลิงผลการวิเคราะหจะใหมวลของธาตุทัง้ 5 ธาตุซง่ึ ใชค ำนวณสัดสว นโดยมวลดงั น้ี xC = mC ; xH = mH ; xO = mO ; xN = mN ; xS = mS (3.3) m m m m mดงั นน้ั ผลรวมของสดั สว นโดยมวลของธาตุทง้ั 5 ธาตุจงึ เทากบั 1 นอกจากนี้การรายงานผลการวเิ คราะหขัน้ สุดทา ยอาจระบุสัดสวนโดยมวลของความช้นื และเถา ในสมการ (3.1) ซ่งึ mi ในสมการนัน้ คือ มวลของถา นหนิ ในสภาพเดมิ (as-received coal) ท่มี ีทง้ั ความชนื้ และเถา ผลตา งระหวาง mi กับ m ซง่ึ เปนมวลถา นหนิ ในสภาพแหงและไมมเี ถา เทา กบั มวลของความชน้ื และมวลของเถา mi − m = mM + mA (3.4)ซงึ่ ทำให m = mi(1 − xM − xA) (3.5)สดั สว นโดยมวลของ C, H, O, N, S ในสมการ (3.3) ใชฐานที่ตางจากสัดสวนโดยมวลของความชื้นและเถาในสมการ (3.1) อยางไรก็ตามสดั สวนโดยมวลของ C, H, O, N, S สามารถแปลงใหอ ยใู นฐานเดียวกับสดั สว นโดยมวลของความชนื้ และเถา ดังน้ี xC,ar = xC (1 − xM − xA) (3.6)โดยท่ี xC,ar = mC (3.7) miสมการของ ,xH,ar ,xO,ar xN,ar และ xS,ar คลายกับสมการขา งตน ตวั อยาง การวเิ คราะหถานหินลกิ ไนตในสภาพเดิมใหผลดังนี้ C 39.58%, H 2.57%, O 9.70%, N0.67%, S 0.49%, ความชน้ื 33.54% และเถา 13.46% จงหาสดั สวนโดยมวลของ C, H, O, N, S ของถานหนิ ในสภาพแหงและไมม เี ถา วธิ ีทำ โจทยก ำหนด ,xH,ar ,xO,ar xN,ar และ xS,ar มาให สมการ (3.6) ใชสดั สวนโดยมวลของถานหินในสภาพแหงและไมม เี ถา xC = xC,ar xA) (1 − xM − 0.3958 = (1 − 0.3354 − 0.1346) = 0.7468นอกจากน้ี xH = 0.0485, xO = 0.1830, xN = 0.0126 และ xS = 0.0092

3.1. เชอ้ื เพลิงแขง็ 31การทดสอบถานหนิ ในการใชถา นหินเปนเชอ้ื เพลิงสำหรบั โรงไฟฟา ขอ มลู เกีย่ วกับสมบัติของถา นหนิ มีความจำเปนสำหรับการเลือกใชอุปกรณการเผาไหมอยา งเหมาะสมกับ อปุ กรณท่ีเหมาะสมกับถานหนิ ประเภทหนง่ึอาจจะเกิดปญ หาในการทำงานไดถาใชงานกับถา นหินอกี ประเภทหนึง่ การทดสอบถา นหินจะกระทำตามมาตรฐานสากลเพอ่ื กำหนดสมบัติทส่ี ำคญั ของถานหินซงึ่ ไดแก • คา ความรอน การเผาไหมถา นหินทำใหพลงั งานเคมีที่สะสมในถานหนิ แปลงเปน พลงั งานความรอน คาความ รอนของถานหนิ หมายถึง พลังงานความรอ นที่ไดจากการเผาไหมถานหนิ หน่ึงกโิ ลกรมั อุปกรณ วดั คา ความรอ นคอื คาลอริมเิ ตอร (calorimeter) คาความรอนเปนสมบตั ิท่ีสำคัญของถานหิน เพราะราคาถา นหินขึ้นกับคาความรอน สว นประกอบของถานหนิ ท่ีทำใหถานหินมีคา ความรอน มากคือ คารบ อน ไฮโดรเจนและกำมะถนั • ความสามารถในการถกู บด ถา นหนิ ที่ใชในโรงไฟฟา พลังความรอนมักอยูในสภาพบดละเอยี ดเพือ่ พน เขา เตาเผาเพ่อื เผาไหม กับอากาศเนือ่ งจากการเผาไหมสมบรู ณของถา นหินท่ีบดละเอยี ดเกิดข้ึนงายกวาถา นหินกอน ใหญ แตถานหนิ ท่ีโรงไฟฟา ไดรับเปนถา นหินกอนใหญซงึ่ ตอ งผานการบดละเอียดกอนนำไป เผาไหมได ดังนั้นจึงมีจำเปน ตอ งทราบวาถา นหนิ บดละเอยี ดงา ยเพยี งใด และตองใชพลังงาน เทา ไรในการบดถานหินความสามารถในการถกู บด (grindability) เปน ดรรชนีท่ีบงบอกความ ยากงายของถา นหินในการถกู บดใหเปนผง อปุ กรณทดสอบความสามารถในการถูกบดที่นยิ มใช คือ เครอ่ื งฮารดโกรฟ (Hardgrove machine) ซงึ่ เปน เครอ่ื งบดถานหินขนาดเล็ก ผลการทดสอบ คอื ดรรชนีฮารดโกรฟ (Hardgrove index) ตัวเลขดรรชนีสงู หมายถึงถานหินที่บดงา ย ปรมิ าณ ความชนื้ และเถามีผลตอความสามารถในการถูกบดของถานหนิ โดยถานหนิ ท่ีมีความชื้นและเถา มากจะบดยาก • ความสามารถในการทำใหสึกกรอ น เครอื่ งบดถา นหนิ อาจสกึ กรอ นจากการขดู ขดี ของถานหินเม่อื ใชงานไปไดระยะหนึง่ ดรรชนีฮารด โกรฟบงบอกความงายในการบดถานหินแตไมไดบอกวา ถานหนิ จะทำใหเคร่อื งบดสกึ กรอน ไดยากหรืองา ยเพยี งใด วิธีการทดสอบความสามารถในการทำใหสึกกรอน (abrasivity) ของ ถานหินคือ การใชเคร่ืองบดซง่ึ ทำดว ยเหล็กกลา คารบ อน (carbon steel) บดถานหนิ ในชวงเวลา ที่กำหนด มวลของเครื่องบดหลังการทดสอบจะนอยกวา กอ นการทดสอบ มวลทีล่ ดลงเกิดการสึก กรอ นโดยถานหินและมวลทล่ี ดลงน้ีใชกำหนดดรรชนกี ารทำใหสกึ กรอนของถา นหนิ • การพองตวั ถา นหนิ บางชนดิ จะรวมตัวกนั เปน กอนขณะเผาไหม ซงึ่ เปนอุปสรรคตอ การเผาไหม ทำใหตอ ง เขยา ถานหนิ ใหมันแตกตวั ถานหินชนดิ นี้จะมีดรรชนีการพองตัว (swelling index) สงู ในทาง ตรงขา มถานหินที่มีดรรชนีการพองตัวตำ่ จะเผาไหมงายกวาเนอ่ื งจากมนั จะแตกตวั ขณะเผาไหม ถานหินชนิดน้ีสามารถเผาไหมบนตะกรบั นง่ิ (stationary grate) ได การหาดรรชนีการพองตัว

32 บทท่ี 3. เชอ้ื เพลงิ กระทำโดยใหความรอนในสภาวะไรอากาศแกตวั อยา งถานหินที่ตองการทดสอบจนมีอณุ หภมู ิ ประมาณ 800◦C จากน้นั จึงปลอยใหเย็นตัวลง รูปทรงของถา นโคก ท่ีไดจะนำไปเปรียบเทียบกับ รปู ทรงมาตรฐานของถานหนิ ที่มีดรรชนีการพองตัวระหวาง 1 ถึง 9 เพื่อกำหนดคาดรรชนีการ พองตวั ของถานหนิ ท่ีทดสอบ ในกรณีท่ีถานโคก ไมจบั ตวั กนั เปน กอนแตแตกตัวเปนผง ดรรชนี การพองตวั เทากับ 0 สมบัติการพองตวั ของถา นหนิ มีความสำคญั ในกรณีท่ีอปุ กรณเผาไหม ถานหินเปน แบบท่ีเผาไหมถานหนิ บนตะกรบั อยางไรก็ตามในปจจบุ นั อุปกรณเผาไหมถานหนิ ท่ีใชในโรงไฟฟา สวนใหญเปนแบบท่ีพน ผงถา นหนิ เขาในเตาเผา สมบัติการพองตวั ของถา นหินจงึ ไมมีความสำคญั ในโรงไฟฟา สวนใหญ3.1.2 เชอื้ เพลิงชวี มวล เช้ือเพลงิ ชีวมวลหมายถงึ วสั ดุเหลอื ทิ้งทางการเกษตรหรือพืชพลังงานท่ีปลูกข้ึนมาเพอ่ื นำไปใชเปน เชอ้ื เพลิง ในประเทศไทยเช้อื เพลงิ ชีวมวลเกือบทั้งหมดเปน อยา งแรก พืชเศรษฐกจิ หลายชนิดในประเทศไทยเชน ขา ว ออย ขา วโพด และมันสำปะหลัง มีการเพาะปลกู ในปริมาณมากจึงมีเศษวัสดุเหลือท้ิงเปน แกลบ ชานออ ย ซงั ขา วโพด และเหงามันสำปะหลัง ในปริมาณมากเชนกัน ในอดตี วสั ดุเหลานี้นิยมนำไปผลติ ปุยหรอื นำไปแปรรูปเพอ่ื เพ่มิ มูลคา แตก็มีปรมิ าณไมนอ ยท่ีถูกกำจัดโดยการเผาทง้ิ ในปจ จบุ นั ไดมีความตระหนกั วา วัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรเหลา น้ีมีศักยภาพที่จะเปนเชื้อเพลิงชวี มวลสำหรับการผลติ ไฟฟาไดถา มลู คา ของวสั ดุในฐานะเช้ือเพลงิ ชีวมวลมีคา สูงเมอ่ื เทียบการใชประโยชนในดานอนื่ เชื้อเพลงิ ชวี มวลมีขอดีเม่ือเทียบกับถา นหนิ คอื ราคาถูกและมีกำมะถนั นอ ย สมบตั ิท่ีสำคญั ของเช้ือเพลิงชีวมวลคือ คา ความรอ นซ่งึ ตำ่ กวาถานหินมาก สาเหตุหน่ึงที่ทำใหเช้อื เพลงิ ชวี มวลมีคาความรอ นตำ่ คือ ความชืน้ ตารางที่ 3.2 เปรยี บเทียบคณุ สมบัติของเช้อื เพลงิ ชวี มวลท่ีสำคัญในประเทศไทย (ขอมูลจากมลู นิธิพลังงานเพอ่ื ส่งิ แวดลอ ม) ตารางท่ี 3.2: คณุ สมบตั ิของเชอื้ เพลงิ ชีวมวลทีส่ ำคญั ความชืน้ เถา สารระเหย คารบ อน คาความรอน (%) (%) (%) (%) (kJ/kg)แกลบ 12.00 12.65 56.46 18.88 14,755ฟางขาว 10.00 10.39 60.70 18.90 13,650ชานออ ย 50.73 1.43 41.98 5.86 9,243ซงั ขาวโพด 40.00 0.90 45.42 13.68 11,298เหงามันสมั ปะหลงั 59.40 1.50 31.00 8.10 7,451 เนอ่ื งจากเชอ้ื เพลงิ ชีวมวลมีคา ความรอนต่ำจงึ จำเปน ตอ งใชเชือ้ เพลงิ ชวี มวลปริมาณมากเพือ่ ผลติไฟฟา ความยงุ ยากในการรวบรวมวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรเปนขอ จำกดั ประการหนง่ึ ของการใชเชื้อเพลงิ ชวี มวลสำหรบั การผลิตไฟฟา น่ีเปนเหตผุ ลสำคญั ท่ีโรงไฟฟา ชีวมวลมักมีขนาดเล็กและตง้ั อยูใกล

3.2. เช้อื เพลิงเหลว 33โรงงานแปรรปู ผลติ ภัณฑทางการเกษตร ตัวอยา งโรงไฟฟา ท่ีใชแกลบเปนเชอ้ื เพลงิ มักอยูภายในโรงสีขา วและโรงไฟฟาท่ใี ชชานออยเปนเช้อื เพลงิ มักอยภู ายในโรงงานนำ้ ตาล3.2 เชือ้ เพลิงเหลว เช้ือเพลงิ เหลวท่ีใชในโรงไฟฟา มีที่มาจากน้ำมันดบิ ซ่ึงเปนเชือ้ เพลงิ ฟอสซิลที่เกดิ จากซากสัตวทะเลโบราณ สวนประกอบโดยประมาณของน้ำมนั ดบิ คือ C 84-89%, H 12-14%, O 2-3% และ N 0-1%และ S 0-3% โดยสดั สว นจะเปลยี่ นแปลงไปตามแหลงทีม่ าของน้ำมันดิบ กระบวนการที่ใชกลั่นนำ้ มันดบิ คอื กระบวนการกล่ันแบบแยกสวน (fractional distillation process) ซงึ่ เปนกระบวนการท่ีอาศยัจดุ เดอื ดที่ตา งกนั ของสารประกอบไฮโดรคารบอนตา ง ๆ ในนำ้ มันดิบ กระบวนการกลน่ั ดังกลา วและกระบวนการทางเคมีหลงั การกลน่ั จะทำใหไดผลผลติ เปนกา ซปโตรเลียมเหลว (liquidified petroleumgas หรือ LPG) นำ้ มนั เบนซิน (gasoline) นำ้ มนั กาด (kerosene) น้ำมันดีเซล (diesel) และนำ้ มนั เตา(fuel oil) ตามลำดับจุดเดอื ดที่เพม่ิ ข้นึ เช้อื เพลงิ เหลวทส่ี ำคัญตอ โรงไฟฟาคอื น้ำมนั เตาและน้ำมนั ดีเซล3.2.1 นำ้ มนั เตา ในบรรดาผลผลติ ท่ีไดจากการกล่นั นำ้ มันดบิ นำ้ มันเตานับวา เปน เช้ือเพลงิ ท่ีเหมาะสมกบั โรงไฟฟาเน่ืองจากมีราคาถกู กวา น้ำมันชนิดอ่นื ๆ และคาความรอนของน้ำมนั เตาอยูระหวาง 40705 ถึง 45520kJ/kg โดยประมาณซึ่งนับวา ไมต ่ำเกนิ ไปนกั น้ำมันเตาแบงเปน น้ำมนั เตาเบอร 1, เบอร 2, เบอร 4, เบอร5 และเบอร 6 (นำ้ มันเตาเบอร 3 เลกิ ใชแ ลว ) โดยมจี ดุ เดือดและความหนดื ท่เี พิ่มข้นึ ตามลำดับ ถา เปรียบเทยี บกับถานหนิ นำ้ มนั เตาเผาไหมงา ยกวา อุปกรณเผาไหมนำ้ มันเตาจึงมีความซับซอนนอ ยกวาอปุ กรณเผาไหมถานหนิ อยา งไรก็ตามถา เปรียบเทียบราคาเชื้อเพลงิ ตอ หนึ่งหนวยคาความรอ นจะพบวานำ้ มนั เตามรี าคาแพงกวา ถานหิน3.2.2 นำ้ มนั ดีเซล น้ำมันดเี ซลนอกจากจะเปนเช้อื เพลงิ หลักสำหรบั ยานยนตนานาชนิดแลว ยงั เปนเชอ้ื เพลิงสำหรับผลิตไฟฟาดว ย เครอื่ งยนตดีเซลสำหรบั ผลติ ไฟฟา เปนเครือ่ งยนตเผาไหมภายในท่ีมีขนาดใหญและอยูกับท่ี น้ำมันดีเซลมีคา ความรอนสงู กวา และมีราคาแพงกวานำ้ มนั เตาจงึ ไมนิยมใชในโรงไฟฟาพลังความรอนซ่งึ เปน โรงไฟฟา ภาระหลกั นำ้ มันดเี ซลเหมาะกบั การใชงานในโรงไฟฟาดเี ซลซึง่ มีขนาดเล็กและกำลังผลิตต่ำ โรงไฟฟา ดเี ซลเปน โรงไฟฟาภาระสงู สุดซงึ่ จะเดินเคร่ืองในกรณีฉุกเฉินหรอื กรณีที่ความตอ งการไฟฟาของระบบสงู กวา ความสามารถผลิตไฟฟาของโรงไฟฟาภาระหลักและโรงไฟฟา ภาระเสริม นำ้ มันดีเซลท่ีใชในโรงไฟฟา กอใหเกิดปญหาคลา ยกบั น้ำมันดเี ซลท่ีใชในยานยนตคอื มลภาวะทางอากาศจากกา ซไนโตรเจนออกไซดและฝุน ละออง วิธีหน่ึงที่สามารถลดมลภาวะทางอากาศไดคอื การผสมนำ้ มันดเี ซลกบั นำ้ โดยอัตราสวนอยูท่ีนำ้ มนั ดเี ซล 80% และนำ้ 20% โดยประมาณ ตามปกตินำ้ จะแยกตัวออกจากนำ้ มัน แตถ ามกี ารเตมิ สารบางอยางเขา ไปนำ้ กบั น้ำมนั ดเี ซลจะผสมเปน เนอื้ เดยี วกนั เรยี กวาน้ำมนั ดีเซลอีมัลชนั่ (emulsified diesel) เนื่องจากน้ำมีสัดสวนนอ ยกวาน้ำมันดเี ซล นำ้ จะกระจายตวั ในน้ำมนั ดเี ซลในรปู ของหยดนำ้ เล็ก ๆ สารท่ีเตมิ เขาไปจะทำหนาท่ีเคลือบหยดนำ้ เหลาน้ีเพอ่ื ปองกัน

34 บทท่ี 3. เช้อื เพลงิไมใหหยดน้ำมารวมตวั กนั และแยกตวั ออกจากนำ้ มนั ดเี ซล น้ำมันดีเซลอีมัลช่ันใชเปน เช้อื เพลงิ สำหรบัโรงไฟฟาพลังความรอ นหรือโรงไฟฟากงั หนั กา ซกไ็ ด อปุ กรณเผาไหมคลายกับของน้ำมันดเี ซลซง่ึ จะตอ งพนน้ำมันดีเซลอีมลั ชน่ั เปนละอองเขาไปในหองเผาไหม อยา งไรก็ตามส่ิงท่ีตองคำนงึ ถึงเม่ือใชน้ำมนั ดีเซลอีมัลชั่นคือ คา ความรอ นท่ตี ำ่ กวา ของนำ้ มันดีเซล3.2.3 สมบัตขิ องเชื้อเพลงิ เหลว เชอ้ื เพลงิ เหลวมีราคาแพงกวา เช้ือเพลงิ แข็งเนอ่ื งจากใชพืน้ ท่ีเกบ็ นอยกวา สะดวกตอ การขนสง และมีคาความรอนสงู กวา อยา งไรก็ตามราคาของเชอื้ เพลงิ เหลวอาจไมไดข้นึ กบั คา ความรอ นเพยี งอยา งเดยี วสมบัติอน่ื ที่สำคญั ของเชอ้ื เพลงิ เหลวท่ีบงบอกถึงคุณภาพและสง ผลตอราคาไดแ ก • ความถว งจำเพาะ ความถวงจำเพาะ (specific gravity) ของเชือ้ เพลงิ เหลวคำนวณไดจากอตั ราสว นระหวา งความ หนาแนนของเชอื้ เพลิงเหลวกบั ความหนาแนนของน้ำ ความหนาแนน ของเชือ้ เพลิงเหลวทีอ่ ุณหภมู ิ 15.6◦C s = ความหนาแนน ของนำ้ ท่ีอณุ หภมู ิ 15.6◦C การแสดงคา ความถว งจำเพาะอาจแสดงไดโดยใชมาตรฐาน API (American Petroleum Insti- tute) ซ่ึงมหี นว ยเปน ◦API ความสัมพันธร ะหวา ง s และ ◦API เปนดังน้ี 141.5 s = 131.5 + ◦API • ความหนืด ความหนดื (viscosity) เปน สมบตั ิที่สำคัญของเช้ือเพลงิ เหลว ถา เชื้อเพลิงเหลวมีความหนดื สูง เกินไปมันจะแตกตัวเปน ละอองยากและจะไมสามารถเผาไหมอยางสมบรู ณ ในการวัดความ หนดื ตามมาตรฐาน ASTM Standard D445 ซึ่งใชหนวยวัดความหนืดเปน เซนติสโตก (centis- toke) จะทำการจบั เวลาที่ของไหลปริมาตรหนึง่ ไหลดวยน้ำหนกั ตัวเองผา นเครื่องมือวัดความ หนืด (viscometer) ภายใตสภาวะที่ควบคมุ อณุ หภูมิ ความหนืดของเชอ้ื เพลิงเหลวเปนปจจยั หนึ่งที่กำหนดวาควรจะอุน เชอ้ื เพลงิ เหลวจนมีอุณหภมู ิเทาไรจึงจะทำใหเช้อื เพลิงเหลวไหลอยา ง สะดวก โดยทั่วไปเช้อื เพลิงเหลวท่ีมีคาความถว งจำเพาะสูงจะมีความหนืดสูง สว นเช้อื เพลิงเหลว ท่ีมีคาความถว งจำเพาะตำ่ จะมีความหนดื ต่ำและจะเผาไหมง า ยกวา • จดุ ไหล จดุ ไหล (pour point) คืออุณหภมู ิตำ่ สดุ ที่เชือ้ เพลงิ เหลวจะไหลได ประเทศไทยมีอากาศรอน จงึ ไมมีปญ หาเรือ่ งเช้อื เพลงิ เหลวไหลยาก แตในประเทศที่มีอากาศหนาวจุดไหลเปน สมบตั ิของ เชื้อเพลิงเหลวท่ีสำคัญเพราะถา อณุ หภมู ิของเชื้อเพลงิ เหลวตำ่ กวา จดุ ไหล เชื้อเพลงิ เหลวจะไหล ยากซึง่ อาจสง ผลใหระบบสง เช้ือเพลงิ เหลวอุดตนั ในกรณีนี้ถังเกบ็ เชื้อเพลงิ เหลวจงึ จำเปน ตองมี เครอ่ื งอุนตดิ ตัง้ อยดู ว ยเพ่ือรกั ษาอณุ หภมู ขิ องเชือ้ เพลิงเหลวใหสูงกวา จดุ ไหล

3.3. เช้ือเพลิงกา ซ 35• จุดวาบไฟ เชอ้ื เพลิงเหลวระเหยอยูตลอดเวลา การระเหยที่อุณหภูมิหองเกดิ ข้ึนอยางชา ๆ จึงไมเปนปญหา แตถา เชอ้ื เพลิงเหลวไดรับความรอนมากข้นึ การระเหยก็จะเพมิ่ ขึ้นตามไปดวย จนในทีส่ ดุ อัตรา สวนของไอระเหยจากเชื้อเพลิงเหลวและอากาศจะมีคาเหมาะสมตอการเผาไหม จุดวาบไฟ (flash point) คอื อณุ หภูมิตำ่ สดุ ท่ีมีไอระเหยจากจากผิวเช้อื เพลิงเหลวในปรมิ าณที่ทำใหเกิด การติดไฟเม่อื สมั ผสั กับเปลวไฟ เชือ้ เพลงิ เหลวที่มีจุดวาบไฟต่ำตอ งไดรบั การดูแลเปนพเิ ศษ การ ทราบคา จุดวาบไฟทำใหทราบวา ควรอนุ เชือ้ เพลงิ เหลวใหรอ นไดถงึ ระดับใดเพ่อื ลดความหนืด อณุ หภมู ขิ องเช้ือเพลงิ เหลวทใี่ ชควรจะตำ่ กวา จุดวาบไฟประมาณ 4-5◦C เพ่อื ความปลอดภยั• กำมะถนั ปรมิ าณกำมะถนั ในเชื้อเพลิงเหลวข้นึ อยูกบั ที่มาของเช้อื เพลงิ เหลว นำ้ มนั เตาเบอร 6 อาจมี กำมะถนั นอ ยกวา 1% หรอื มากถงึ 3-4% ก็ได น้ำมนั เตาท่ีมีกำมะถนั มากเกนิ 2% จะตอ งผา น กระบวนการลดกำมะถันกอ นนำมาใชงาน เพราะการเผาไหมกำมะถันจะทำใหเกดิ SO3 ซ่ึงจะ กลายเปน กรดซลั ฟรู กิ เม่ือผสมกับนำ้ กรดชนิดนีม้ ฤี ทธ์กิ ดั กรอ นสงู• ตะกอนและนำ้ ตะกอนและน้ำเปนส่ิงแปลกปลอมที่อนั ตรายในระบบเผาไหมเช้ือเพลิงเหลว สาเหตุของการมี ตะกอนและนำ้ ปนในเชือ้ เพลิงเหลวไดแก การร่วั ของถังเกบ็ หรอื ทอสง เชอ้ื เพลงิ เหลว ปฏิกิรยิ า เคมี การใหความรอนถงั มากเกนิ ไป การควบแนน ของน้ำ การรว่ั ของขดไอนำ้ (steam coil) ท่ี ใชอนุ เชอื้ เพลงิ เหลว การผสมนำ้ มนั ตา งเกรดกัน และการตกตะกอนของสารแปลกปลอมในเช้ือ เพลิงเหลวเอง ผลกระทบเชงิ ลบของตะกอนและนำ้ คอื (1) การหยุดทำงานของหมอไอน้ำอนั เนอื่ งจากหัวเผาอุดตัน (2) การเผาไหมท่ีผดิ พลาดและไมม ีเสถยี รภาพ และ (3) การสูญเสยี ความ รอนท่ีไดจากการเผาไหม เพอ่ื ปองกันปญหาเหลา นี้ ควรมีการเก็บตัวอยา งเชือ้ เพลิงเหลวจากกน ถังเกบ็ เปน ระยะ ๆ เพื่อตรวจดวู า มตี ะกอนและนำ้ มากเกินไปหรอื ไมแ ละแกไขใหเปน ปกติ3.3 เชอ้ื เพลงิ กา ซ เมอื่ เปรยี บเทียบกบั เช้ือเพลิงประเภทอน่ื เชือ้ เพลงิ กา ซมีขอ ไดเปรยี บคอื มันอยูในสภาพท่ีพรอมเผาไหมแลว ไมตองผานกระบวนการบดละเอียดเหมอื นถานหินหรอื กระบวนการทำใหเปนละอองเหมอื นเช้อื เพลงิ เหลว นอกจากน้ีเช้อื เพลิงกาซยงั มีสง่ิ เจอื ปนตำ่ กวาเช้อื เพลงิ แข็งและเช้อื เพลงิ เหลวจงึ ทำใหเกิดมลภาวะทางอากาศนอยกวา เช้อื เพลงิ กาซที่ใชในโรงไฟฟา แบงออกเปนสามประเภทคือ กา ซธรรมชาติ(natural gas) กา ซสังเคราะห (synthetic gas) และกาซชีวภาพ (biogas)3.3.1 กาซธรรมชาติ กา ซธรรมชาติเปน เชอื้ เพลงิ ฟอสซลิ ท่ีมีทม่ี าจากซากพืชดกึ ดำบรรพและพบในบรเิ วณท่ีมีถานหินหรอื น้ำมันดบิ สว นประกอบหลกั ของกาซธรรมชาติคือ กา ซมเี ทน (CH4) และกา ซไฮโดรคารบอนอ่ืน ๆนอกจากน้ีอาจมีกาซที่ไมเผาไหมเชน CO2 กาซธรรมชาติที่พบในแหลง กา ซมีสดั สวนของมเี ทนนอยเกนิ

36 บทที่ 3. เชอ้ื เพลงิไปและอาจมีสารที่เปน พษิ เชน ปรอทและกา ซไฮโดรเจนซลั ไฟด (H2S) จงึ ตอ งมีกระบวนการแยกกา ซเพ่อื ผลติ กา ซธรรมชาติท่ีมีคุณสมบตั ิท่ีเหมาะสมซึ่งจะสง ไปยังโรงไฟฟาพลังความรอนรวมทางทอ สงกา ซนอกจากนกี้ ระบวนการแยกกาซยังผลติ ผลพลอยไดอ่ืน ๆ ที่นำไปเปน วัตถดุ ิบในอตุ สาหกรรมปโ ตรเคมี กระบวนการแยกกาซเริม่ ตน ดวยการกำจดั สารเจอื ปนที่ไมใ ชไฮโดรคารบ อนออกจากกา ซธรรมชาติหนวยกำจดั สารเจือปนไดแก หนว ยกำจดั CO2 หนว ยกำจัดความชนื้ และหนวยกำจดั ปรอท กา ซธรรมชาติท่ีไดจะถกู สง เขาอุปกรณลดความดนั ซ่งึ จะทำใหความดนั และอณุ หภมู ิของกา ซธรรมชาติลดลงจนกลายเปน ของเหลว การแยกสารไฮโดรคารบ อนในของเหลวอาศัยจดุ เดือดท่ีตางกันของสารไฮโดรคาร-บอนแตละชนดิ ซงึ่ คลา ยกับการกล่ันนำ้ มนั ดบิ แบบแยกสว น ผลผลิตท่ไี ดประกอบดว ย• กา ซมีเทนซงึ่ เปนสว นประกอบหลกั ของกาซธรรมชาติท่ีใชในโรงไฟฟาพลังความรอ นรวม โรงงาน อุตสาหกรรม และยานยนตที่ขับเคล่อื นดว ยกาซธรรมชาติ กาซมีเทนอาจใชเปนวัตถดุ บิ ในการ ผลิตปุย เคมีและเมทลิ แอลกอฮอล (methyl alcohol)• กาซอีเทนซ่ึงจะสง ใหกบั อุตสาหกรรมปโตรเคมีเพื่อผลติ เอทิลีนที่เปน วัตถดุ ิบในการผลิตเม็ด พลาสตกิ ชนิดตา ง ๆ กา ซอีเทนอาจใชผลิตเอทิลแอลกอฮอล (ethyl alcohol)• กาซโปรเพนเพ่ือนำมาใชผลิตโพรพิลนี (propylene) ในอุตสาหกรรมปโ ตรเคมีและเพ่ือเปน สาร ต้งั ตน ในการผลิตเมด็ พลาสติกที่เรยี กวา โพลีโพรพีลนี (polypropylene) ซึง่ ใชกับอุตสาหกรรม ผลติ ยางสังเคราะห แผนฟลม ถงุ รอนใสอ าหาร หรอื กระสอบ เปน ตน• กา ซปโ ตรเลียมเหลว (liquefied petroleum gas หรอื LPG) ประกอบดวย กา ซโพรเพนและ บิวเทน LPG เปน กาซท่ีถูกนำมาใชเปน เช้ือเพลงิ หุงตมในอตุ สาหกรรมและครวั เรือน จงึ ถูกทำให อยูในสภาพของเหลวบรรจุในถังเพ่ือความปลอดภยั ในการใชและขนสง นอกจากนี้ LPG ยังเปน กาซที่มผี นู ิยมใชเ ปน เช้ือเพลิงสำหรบั รถยนตและโรงงานอุตสาหกรรมดว ย• กาซโซลนี ธรรมชาติ (natural gasoline หรอื NGL) ประกอบดว ย กาซเพนเทนและสารไฮโดร- คารบ อนตวั อ่ืน ๆ ท่ีมีจำนวนอะตอมของคารบอนตง้ั แต 5 ตวั ขึ้นไป NGL สามารถนำไปกล่ัน เปนนำ้ มันเบนซิน นอกขากนี้สวนประกอบบางอยา งของ NGL เปนของเหลวท่ีระเหยไดเรว็ จงึ ใชในโรงงานอุตสาหกรรมปโ ตรเคมีเปนวัตถดุ บิ สำหรบั เปนตวั ทำละลายในการทดลองทางเคมี อตุ สาหกรรมสี แลกเกอร ทินเนอร และอุตสาหกรรมยางเปนตน ถึงแมว า กา ซธรรมชาติที่ใชเปนเชอื้ เพลิงในโรงไฟฟาพลังความรอ นรวมจะมีสวนประกอบหลักเปนมีเทน แตกระบวนการแยกกาซไมไ ดผลิตกาซมีเทน 100% และยังคงมีกา ซอ่ืน ๆ ปะปนในกา ซธรรมชาติอยู ดงั นน้ั จงึ ตองการวิเคราะหกาซธรรมชาติซง่ึ ก็คอื การหาสัดสว นโดยโมลของกา ซสวนประกอบ กา ซสว นประกอบมีสมบัติใกลเคยี งกับกา ซในอดุ มคติ (ideal gas) สัดสวนโดยโมลจึงเทากับสดั สวนโดยปริมาตร ดังนั้นyi = Mi = Vi M Vโดยที่ Mi และ Vi เปนจำนวนโมลและปรมิ าตรของกา ซ i ในเชอ้ื เพลิงกาซและ M และ V เปนจำนวนโมลและปรมิ าตรรวมของเชอื้ เพลิงกาซ สว นประกอบของกา ซธรรมชาติขน้ึ กับแหลงที่มา กา ซธรรมชาติ

3.3. เช้ือเพลงิ กาซ 37จากแหลงตา งกันจึงอาจมีราคาไมเทากัน คาความรอ นเปน สิง่ ท่ีกำหนดราคาของกาซซึง่ ซ้ือขายเปน ลา นบาทตอ MBtu (1 Btu = 1.055 kJ) สง่ิ ที่นา สงั เกตเก่ยี วกบั กา ซธรรมชาติคือ การที่สว นประกอบหลักเปน กา ซมีเทนซงึ่ เบากวาอากาศทำใหกา ซธรรมชาติเบากวา อากาศตามไปดวย กา ซธรรมชาติที่ร่ัวออกจากภาชนะบรรจุหรือทอ จึงลอยขึ้นฟา ในตรงขา มกบั กาซปโตรเลยี มเหลวซ่ึงหนกั กวาอากาศและจะกระจายไปตามพืน้ ในกรณีท่ีมีการรั่วไหลออกจากภาชนะบรรจซุ ่งึ อาจกอ ใหเ กิดอนั ตรายไดถ า มปี ระกายไฟจุดระเบิดกา ซ3.3.2 กาซสงั เคราะห นอกเหนือจากกาซธรรมชาติแลวเชือ้ เพลงิ กาซที่ใชในโรงไฟฟาอาจไดมาจากการผลติ กา ซจากถา นหิน (coal gasification) กาซทีผ่ ลติ ขึน้ ไดแก กาซเตาถานโคก (coke-oven gas) กา ซผลผลิต (pro-ducer gas) กาซนำ้ (water gas) กา ซธรรมชาติสงั เคราะห (synthetic natural gas หรอื SNG) กระบวนการผลิตกา ซผลผลิต เร่มิ ตน จากการใหความรอนถา นหนิ เพื่อไลสารระเหยและความช้ืนออกไปจนเหลือแตถ า นโคก (coke) ซึ่งมีเพียงคารบ อนและเถาเปน องคประกอบ ถา นหิน + ความรอน −→ ถา นโคก + สารระเหย + ความชน้ืโดยสารระเหยท่ีไดประกอบดวย H2 และ CH4 เปนสวนใหญเรยี กวากา ซเตาถา นโคก จากนน้ั ถา นโคกจะทำปฏิกิริยาใหความรอ น (exothermic) กับอากาศในภาวะท่ีมีอากาศนอ ยทำใหไดกา ซผลผลติ ตามสมการ ถานโคก + อากาศ −→ CO + N2 + ความรอนซึ่งกา ซผลผลติ ประกอบดวย CO และ N2 คาความรอนของกาซผลผลิตมาจาก CO ซ่ึงเผาไหมกบั อากาศได ถาถานโคก ทำปฏกิ ริ ิยากับไอน้ำจะไดกาซน้ำซึง่ ประกอบไปดวย CO และ H2 ปฏิกริ ิยาท่ีเกิดข้นึ เปนปฏกิ ริ ยิ ารบั ความรอน (endothermic) ถา นโคก + ไอนำ้ + ความรอ น −→ CO + H2การผลติ กา ซผลผลิตและกาซน้ำสลับกนั จะทำใหอ ุณหภูมขิ องแผงถา นหินไมส งู เกนิ ไป สำหรบั การผลติ SNG กระทำไดโดยการกำจดั N2 ออกจากกา ซผลผลิตและให CO ท่ีเหลือทำปฏิกริ ิยากับไอนำ้ CO + H2O −→ CO2 + H2SNG มีคาความรอ นตำ่ กวา กา ซธรรมชาติ การเพิม่ คา ความรอ นของ SNG สามารถกระทำไดโดยให H2ทำปฏิกริ ยิ ากบั CO ซงึ่ จะทำใหไ ด CH4 เปนผลผลิต CO + 3H2 −→ CH4 + H2Oปฏกิ ริ ิยานต้ี องมีตวั เรง ปฏกิ ริ ิยา (catalyst) มาชว ย นอกจากการผลติ กาซจากถา นหนิ แลว กา ซเชอ้ื เพลิงอาจไดมาจากแหลง อื่น ๆ เชน กา ซเตาหลอม(blast-furnace gas) ซึ่งประกอบดว ย CO2 เปนสว นใหญ ไดจากการผลิตเหล็กกลา และกา ซทอ ระบายนำ้ (sewer gas) ซ่ึงประกอบดวย CH4 เปน สวนใหญ ไดจากการยอ ยสลายของขยะเปย ก

38 บทท่ี 3. เช้อื เพลงิ3.3.3 กา ซชีวภาพกาซชีวภาพ (biogas) ไดจากการยอ ยสลายสารอนิ ทรียในสภาวะไรออกซิเจน (anaerobic diges-tion) ซง่ึ ตอ งอาศยั แบคทเี รยี และอุณหภมู ิท่ีเหมาะสม สารอนิ ทรยี ประกอบดว ยธาตุ 5 ธาตุ ไดแก C, H,O, N และ S และมักพบในสภาพเปย ก ปฏกิ ริ ยิ าเคมีท่ีเกดิ ขึน้ ในกระบวนการยอ ยสลายโมเลเกลุ ของสารอินทรียทมี่ ีสูตรเคมี CaHbOcNeSe เปนดงั น้ี ()CaHbOcNdSe+ a − b − c + 3d + e H2O −→ 42 4 2 ( )( ) a + b − c − 3d − e CH4 + a − b + c + 3d + e CO2 282 8 4 284 8 4 + dNH3 + eH2Sสมการเคมีน้ีแสดงใหเห็นวา กาซชวี ภาพประกอบดวยมเี ทนและกาซอืน่ ท่ีไมเผาไหมอกี สามชนดิ สดั สวนของมีเทนที่เพิ่มขึ้นจะทำใหคา ความรอ นของกา ซชีวภาพเพิม่ ขึน้ ตามไปดว ย การเพ่มิ สดั สว นของมีเทนทำไดโดยเลือกสารอินทรยี ท่ีมีสดั สว นของคารบอนสูงและกำจดั CO2, NH3 และ H2S ออกจากกาซชีวภาพ การผลิตกา ซชวี ภาพมกั ผลติ จากวัสดุเหลือทง้ิ ท่ีมีสัดสวนของสารอนิ ทรียมาก ตวั อยางของวสั ดุเหลือทง้ิ ท่ีมีคณุ สมบัตินี้ไดแก มูลสตั วจากฟารม เลี้ยงสตั ว และนำ้ เสยี จากโรงงานอตุ สาหกรรมการเกษตรนอกจากน้ีขยะจากครัวเรือนซึ่งมีสวนประกอบหลักเปน สารอินทรียก็สามารถใชผลิตกา ซชวี ภาพไดเชนกัน การประเมินความเหมาะสมในการผลิตกาซชีวภาพของวัสดุเหลอื ท้ิงมกั ใชคา BOD (biochemicaloxygen demand) หรือ COD (chemical oxygen demand) ของวัสดุเหลอื ทิ้งน้นั โดยทัว่ ไป BODประมาณ 80% ของ COD วัสดุเหลือทิ้งที่มีคา BOD และ COD สูงมีศกั ยภาพในการผลติ กา ซชีวภาพเน่อื งจากมีสัดสว นสารอินทรยี มาก3.4 การใชเชือ้ เพลิงเพื่อผลติ ไฟฟา ของประเทศไทย ประเทศไทยมีการสำรวจแหลง พลงั งานต้งั แตสมัยรชั กาลท่ี 7 โดยพบวามแี หลงถานหนิ ลิกไนตขนาดใหญที่อำเภอแมเ มาะ จังหวัดลำปาง ในชว งเวลาท่ีความตองการไฟฟา ของประเทศสงู ข้นึ ตามความเจรญิ ของประเทศ ไดมีการสำรวจแหลงพลงั งานอยา งตอ เนื่องและพบวาประเทศไทยมีแหลงน้ำมนั ดิบเพียงเลก็ นอย แตมีแหลงกาซธรรมชาติปรมิ าณมากในอาวไทย แหลง พลังงานท่ีสำรวจจำแนกเปนสามประเภทคอื แหลงพลงั งานที่พบแลว (proven reserve) แหลงพลังงานที่คาดวาจะพบ (probablereserve) และแหลงพลงั งานที่นาจะพบ (possible reserve) โดยความนา จะเปนของการพบแหลงพลงั งานประเภททสี่ องมากกวาประเภททสี่ าม ตารางท่ี 3.3 แสดงปรมิ าณน้ำมันดิบ กาซปโตรเลยี มเหลวกาซธรรมชาติ และถานหนิ ในแหลงพลงั งานท้งั สามประเภท (ขอมลู จากสำนกั นโยบายและแผนพลงั งานกระทรวงพลังงาน) เน่อื งจากประเทศไทยมีถานหนิ และกาซธรรมชาติปรมิ าณมากโรงไฟฟา สว นใหญในประเทศไทยจงึควรใชถา นหนิ และกาซธรรมชาติเปนเช้อื เพลงิ แตโรงไฟฟา ถานหินในประเทศไทยมีจำนวนนอ ยมากเมื่อเทียบกับสดั สวนปรมิ าณถา นหนิ ที่ประเทศไทย สาเหตุคอื ถานหนิ ในประเทศไทยเปนถา นหินลกิ ไนตที่มีกำมะถันและเถาสงู และกอ ใหเกิดกาซซัลเฟอรไดออกไซดและฝนุ ละอองปรมิ าณมากจนกลายเปน

3.4. การใชเชื้อเพลงิ เพอ่ื ผลิตไฟฟาของประเทศไทย 39 ตารางที่ 3.3: แหลงเชื้อเพลิงฟอสซลิ ในประเทศไทยเชือ้ เพลิง พลังงานสำรอง ระยะเวลาใชง าน (ป) P1 P1+P2 P1+P2+P3 P1 P1+P2 P1+P2+P3น้ำมันดบิ 223 553 741 4 11 15(ลานบารเ รล) 14LPG 182 411 476 5 12 16(ลานบารเรล) 111กาซธรรมชาติ 7752 15560 18885 6 13(พันลา นลูกบาศกฟุต)ถา นหิน 1181 2007 2007 18 65(ลานตัน)หมายเหตุP1 หมายถงึ แหลง พลงั งานทพี่ บแลวP2 หมายถึง แหลงพลังงานทค่ี าดวาจะพบP3 หมายถึง แหลงพลงั งานทน่ี าจะพบมลภาวะทางอากาศ โรงไฟฟาสวนใหญในประเทศไทยจงึ ใชกา ซธรรมชาติเปนเช้ือเพลงิ ตารางที่ 3.4แสดงใหเห็นวาสดั สว นการใชกาซธรรมชาติเพมิ่ ข้ึนในชว ง 20 ปท่ีผานมาในขณะท่ีสดั สว นการใชถา นหนิกลับลดลงตารางท่ี 3.4: สดั สวนเชือ้ เพลงิ ท่ใี ชผ ลิตไฟฟา ในประเทศไทยในป พ.ศ. 2549 และ 2529 เชือ้ เพลิง พ.ศ. 2549 พ.ศ. 2529 โรงไฟฟาพลงั น้ำ 5.6% 21.8% นำ้ มนั เตา 5.5% 13.1% ถานหิน 17.2% 21.8% กาซธรรมชาติ 66.5% 40.3% อ่นื ๆ 5.2% 3.0% กา ซธรรมชาติประมาณ 70% ในการผลติ ไฟฟา ของประเทศไทยไมไดมาจากแหลง กาซธรรมชาติในประเทศทงั้ หมด บางสวนไดจากการนำเขา จากประเทศอนื่ ซึง่ สว นใหญเปนการนำเขา จากประเทศพมาดังน้ันการท่ีประเทศไทยพ่ึงพากา ซธรรมชาติมากขนาดน้ีอาจสงผลกระทบตอความมัน่ คงดา นพลงั งานได ในความเปน จริงเชอ้ื เพลงิ ท่ีใชผลติ ไฟฟา ควรมีหลายชนิดและสดั สวนการใชเช้ือเพลิงเหลา นน้ั ควรใกลเคียงกันเพอ่ื ท่ีวา ถา เชื้อเพลิงใดเชือ้ เพลงิ ใดขาดแคลน ก็จะไดมีเชื้อเพลิงอื่นมาทดแทนในระบบผลติพลังงานไฟฟา

40 บทท่ี 3. เช้ือเพลิงคำถามทา ยบท 1. เรียงลำดบั ถานหนิ จากเกรดดีท่สี ดุ ไปแยท่ีสุด บิทูมนิ ัส แอนทราไซต ลิกไนต ซับบทิ ูมินัส 2. สวนประกอบ 4 อยางของถานหินทไ่ี ดจ ากการวเิ คราะหโ ดยประมาณคืออะไร 3. เชอ้ื เพลิงหลักของโรงไฟฟา พลังความรอ นรว มในประเทศไทยคืออะไร 4. กา ซใดเปนสว นประกอบหลักของกา ซธรรมชาติ 5. สว นประกอบใดในถา นหินทำใหถานหินตดิ ไฟงาย 6. ถานโคก (coke) มีคณุ สมบัติอยา งไร 7. การวิเคราะหข้ันสดุ ทาย (ultimate analysis) คืออะไร 8. นำ้ มนั ชนดิ ใดใชในโรงไฟฟา พลังความรอ น 9. ประเทศไทยนำเขา กา ซธรรมชาติจากประเทศใดมากทสี่ ุด 10. กาซน้ำ (water gas) ประกอบดว ยกา ซ 11. สว นประกอบหลกั ของกา ซชวี ภาพ (biogas) คอื กา ซใด 12. ประเทศไทยมีถา นหนิ ชนิดใดมากทส่ี ุด 13. ทำไมกาซธรรมชาตจิ งึ ปลอดภัยกวากา ซเชื้อเพลงิ ที่ใชในครัวเรือน 14. อะไรเปนเช้อื เพลิงหลักสำหรบั การผลิตไฟฟา ในประเทศไทย และอะไรเปนเช้ือเพลงิ หลกั สำหรบั การผลิตไฟฟาในโลก 15. ถานหนิ กอ นหนึ่งเม่ือนำไปวิเคราะหโดยประมาณ (proximate analysis) พบวามคี วามชน้ื 15% และเถา 5% เมอื่ นำถา นหินในสภาพที่ปราศจากความช้นื และเถา (dry, ash-free basis) ไป วเิ คราะหข้ันสดุ ทาย (ultimate analysis) พบวามี H 3% อยากทราบวา สัดสวนโดยมวลของ H ในถานหนิ ในสภาพเดิม (as-received coal) เทา กับเทาไร

บทที่ 4การเผาไหม4.1 ปฏกิ ริ ิยาการเผาไหม การเผาไหมคือ ปฏกิ ิรยิ าเคมีที่เกดิ ขึน้ อยา งรวดเรว็ ระหวา งเช้อื เพลงิ กบั ออกซเิ จนซึง่ ทำใหเกิดกา ซเสยี (flue gas) และการแปลงพลังงานเคมีที่สะสมอยูในเชอ้ื เพลงิ เปนพลงั งานความรอ น มีสารเคมีจำนวนมากท่ีเปนเช้อื เพลงิ ตามนิยามขางตน แตในที่น้ีจะพจิ ารณาเฉพาะเช้อื เพลิงท่ีใชในโรงไฟฟา ตามทก่ี ลาวถึงในบทที่ 3 เทานั้น ในกรณีของเชอื้ เพลิงแขง็ องคประกอบท่ีทำปฏกิ ิรยิ ากบั ออกซเิ จนคือ คารบอน ไฮโดรเจน และกำมะถนั สมการการเผาไหมทเ่ี กิดขน้ึ คอื C + O2 −→ CO2 (4.1) (4.2) H2 + 1 O2 −→ H2O (4.3) 2 S + O2 −→ SO2เชอ้ื เพลิงเหลวและเช้ือเพลิงกา ซอาจประกอบดวยเชอื้ เพลิงหลายชนดิ ผสมกนั โดยเชอื้ เพลงิ แตละชนิดมีปฏิกริ ิยาการเผาไหมของมันเอง ตัวอยา งเชน มเี ทน (CH4) ซ่ึงเปน สว นประกอบหลักของกาซธรรมชาติมีสมการการเผาไหมด ังนี้ CH4 + 2O2 −→ CO2 + 2H2O (4.4)เปนที่นาสังเกตวาสมการ (4.1) - (4.4) มีสงิ่ หนงึ่ ที่เหมือนกันคอื จำนวนอะตอมของธาตุทกุ ธาตุไมเปลี่ยนแปลงหลงั ปฏกิ ิริยา ซ่งึ หมายความวา มวลรวมของสารตัง้ ตน (reactant) จะตองเทากบั มวลรวมของสารผลผลติ (product) ปฏกิ ิรยิ าการเผาไหมจะเกิดขน้ึ ก็ตอ เม่อื อุณหภมู ิของปฏกิ ริ ยิ ามีคาไมนอยกวา อุณหภูมจิ ดุ ระเบิด (ignition temperature) โดยทัว่ ไปอุณหภมู ิของเตาเผาสูงกวา อุณหภูมิจดุ ระเบดิเหลาน้มี าก เนื่องจากการใช O2 บริสทุ ธ์ิในกระบวนการเผาไหมตองลงทุนสงู ในทางปฏบิ ตั ิจงึ นิยมใชอากาศทำปฏกิ ิริยากับเชอื้ เพลิง อากาศแหง ในธรรมชาติประกอบดว ย N2, O2, Ar และ CO2 ซ่งึ มีนำ้ หนกั โมเลกลุ

42 บทท่ี 4. การเผาไหมเทา กบั 28.0134, 31.9988, 39.9480 และ 44.0095 ตามลำดบั ตารางท่ี 4.2 แสดงสดั สว นโดยโมลของกาซเหลาน้ี ดงั นนั้ น้ำหนักโมเลกุลของอากาศแหงในธรรมชาติจึงเทา กับ 28.97 แตเพื่อความสะดวกในการวิเคราะหการเผาไหมอาจสมมตุ ิวาอากาศแหง เปน อากาศทฤษฎี (theoretical air) ซ่งึ ประกอบดวยN2 79% และ O2 21% โดยโมลและมีน้ำหนกั โมเลกุลเทา กับ 28.84 ดังนั้นอากาศทฤษฎี 4.76 โมลจงึ ประกอบดวย N2 3.76 โมลและ O2 1 โมล สดั สว นโดยมวลของ N2 และ O2 เทา กบั 0.767 และ0.233 ตามลำดับ เปนที่นา สงั เกตวา ถึงแมวาในความเปน จรงิ อากาศมักมีความชนื้ ปะปนอยูดว ยเสมอการวเิ คราะหการเผาไหมโดยทั่วไปมกั สมมุติวา อากาศท่ีใชเผาไหมกบั เชอ้ื เพลิงเปนอากาศแหง เพราะความช้ืนในอากาศมีปริมาณนอ ยมากและไมสงผลมากนักตอ การคำนวณตารางท่ี 4.1: สว นประกอบของอากาศแหงในธรรมชาตแิ ละอากาศทฤษฎี กาซ สัดสว นโดยโมล (%) อากาศแหง ในธรรมชาติ อากาศทฤษฎี N2 78.084 79 O2 20.946 21 Ar 0.934 0 CO2 0.036 0 ปฏกิ ิรยิ าที่สำคัญสองปฏกิ ริ ยิ าคอื การเผาไหมสมบูรณ (complete combustion) และการเผาไหมพอดี (stoichiometric combustion) การเผาไหมสมบูรณคือการเผาไหมที่ไมมีสารเช้อื เพลงิ เหลอื อยูเลยกลา วคอื ไมมี C, H, S หรอื CO เหลอื ในทางตรงขามการเผาไหมท่ีใหกา ซเสยี ท่ียงั นำไปเผาไหมไดตอ จดั เปน การเผาไหมไมสมบูรณ (incomplete combustion) สวนการเผาไหมพอดีคอื การเผาไหมสมบูรณที่ไมม ี O2 เหลือซ่ึงหมายความวาปริมาณ O2 พอดีกบั ปริมาณเชอ้ื เพลงิ ในกรณีดงั กลา วปริมาณอากาศที่ใชเรียกวาเปน ปรมิ าณอากาศพอดี (stoichiometric air) หรอื ปรมิ าณอากาศทฤษฎี (theoreti-cal air) การเผาไหมพอดีระหวางสารไฮโดรคารบอนกบั อากาศแหง จะใหผ ลผลติ คอื H2O, CO2 และ N2แตถา มีอากาศมากเกินไปก็มี O2 เหลอื ในผลผลิตดว ย การเผาไหมเชน น้ีเปนการเผาไหมไมพอดี สมการการเผาไหมพอดีระหวา งไฮโดรคารบอน (CmHn) กบั อากาศคอืCmHn + (m + n )(O2 + 3.76N2) −→ mCO2 + n H2 O + 3.76(m + n )N2 (4.5) 4 2 4 การเผาไหมไมสมบรู ณเปน ส่งิ ท่ีไมพงึ ปรารถนาเพราะผลผลติ อาจประกอบ ไฮโดรคารบอน เขมาหรอื CO ซึง่ ทัง้ หมดสามารถเผาไหมไ ด CO เผาไหมในอากาศตามสมการตอ ไปน้ี CO + 1 (O2 + 3.76N2) −→ CO2 + 1.88N2 (4.6) 2การมีสารไฮโดรคารบอน เขมา หรอื CO เหลอื จากการเผาไหมหมายความวาพลงั งานเคมีในเช้ือเพลิงไมไดแปลงเปน พลังงานความรอ นทั้งหมด แตบางสว นถกู ปลอ ยทง้ิ ไปกบั กา ซเสียโดยเปลาประโยชนนอกจากนี้สารไฮโดรคารบอน เขมา และ CO ยงั เปนอนั ตรายตอสขุ ภาพและทำใหเกดิ มลภาวะทางอากาศ