พลังงานคลื่น นาย พีระพล มาตรโสภา รหัส 109

พลงั งานคลืน่ การเคล่อื นไหวของมหาสมทุ ร

พลงั งานคลืน่ อยา่ งท่ีรูก้ นั เราทกุ คนลว้ นอาศยั อยูบ่ นดาวเคราะหส์ ฟี ้า ที่เรียกว่าโลก ซึง่ มมี หาสมุทรห่อหุ้มโลกอยถู่ งึ รอ้ ยละ 70 ของพ้นื ที่ โลกฉะนั้นในทกุ ๆ วนั จะมคี ล่นื กระทบฝง่ั อย่ทู กุ ชายฝง่ั บน โลก การเคลือ่ นที่ขึ้นลงอย่างมีจงั หวะของคล่ืนทะเลนีท้ าใหเ้ กิด พลงั งานศักย์ที่มีพลงั งานทมี่ หาศาล ซึง่ ถา้ มนุษย์สามารถนา พลงั งานดังกล่าวมาใช้ ถงึ แมจ้ ะนามาใชไ้ ด้เพยี งนอ้ ยนดิ กส็ ามารถ ผลติ พลังงานไฟฟา้ จากแหลง่ พลงั งานสะอาดแกผ่ คู้ นท่อี าศัยใน บรเิ วณชายฝัง่ ได้มากมาย

ดงั ท่ีกลา่ วขา้ งตน้ มหาสมุทรเปน็ แหลง่ พลังงานศกั ยข์ นาดใหญ่ซง่ึ เป็นเรอื่ งท่ที ้าทายของมนุษยท์ จี่ ะนาพลังงานทีม่ หาศาลนมี้ าผลติ เปน็ พลังงานไฟฟ้า อปุ สรรคท่สี าคัญในการนาพลังงานคลื่นมาผลติ พลงั งานไฟฟา้ ได้แก่ ปัญหาการกดั กรอ่ นโลหะของน้าเค็มซ่ึงทาใหเ้ กิด ความเสียหายแก่อุปกรณต์ ่าง ๆ, ปัญหาพวกหอย, ส่งิ โสโครก หรอื สง่ิ มีชีวติ ในน้าทะเลที่จะมาเกาะบนอปุ กรณ์ท่ีอยใู่ นน้าทะเลซ่ึง อาจจะไปขัดขวานและทาให้เกิดปญั หาแกร่ ะบบการผลติ ได้ และปัญหาลมพายแุ ละคล่นื ท่แี รงมากเกินไปจะทาให้เกิดความเสียหาย ให้กับอุปกรณแ์ ละระบบผลติ ท่ีอยใู่ กล้ชายฝงั่ นอกจากอปุ สรรคท่กี ลา่ วไปแลว้ การหาพืน้ ที่เหมาะสมในการตดิ ต้งั อปุ กรณ์สาหรับดึง พลงั งานคลน่ื ก็มคี วามสาคญั พื้นท่ีทะเหมาะสมนน้ั ตอ้ งเป็นพ้นื ที่ทม่ี ีคล่ืนเกดิ ขึน้ อยา่ งสม่าเสมอและมคี วามแรงระดบั หนึ่งทีส่ ามารถ นามาเปลยี่ นเป็นพลังงานไฟฟ้าไดแ้ ต่ก็ตอ้ งไม่แรงมากจนเกนิ ไป สามารถตดิ ตงั้ สายไฟฟ้าใตน้ ้าเพอื่ ดงึ พลงั งานไฟฟา้ ทผ่ี ลิตไดแ้ จกจา่ ย ใหแ้ ก่ประชาชน และต้องไม่กระทบกบั วิถชี วี ติ ความเป็นอยขู่ องคนทีอ่ ยรู่ มิ ชายฝั่งทะเลและสงิ่ แวดล้อมบริเวณชายฝ่งั ทะเลด้วย

ประเทศอเมรกิ า, ได้มีโครงการที่จะ พยายามปรับปรุงประสทิ ธภิ าพและ ความเสถียรภาพใหแ้ ก่อุปกรณท์ ใ่ี ช้ ในการผลิตพลังงานจากพลงั งานคล่ืน เช่น การสร้างมาตรฐานอุตสาหกรรม ใหแ้ ก่อุปกรณท์ เ่ี กี่ยวขอ้ งกับการผลิต พลังงานจากคลน่ื นี้

ความสามารถและคณุ สมบตั ิของ “Azura” wave energy converter น้ีคือมีแกนเพลาสาหรับเปล่ียนพลงั งานจากคลนื่ เป็น พลังงานไฟฟา้ ได้หลายทศิ ทางในขน้ั ตน้ นอ้ี ุปกรณ์นี้สามารถเคลอ่ื นท่ีได้ 360 องศาโดยสามารถเคล่อื นที่ขนึ้ ลง, บดิ เป็นเกลียว และ เคลอ่ื นทีต่ ามอสิ ระเพอ่ื รองรบั กับทิศทางและความแรงของคลื่นท่ีสามารถมาได้ทกุ ทิศทาง ซึ่งทาใหอ้ ุปกรณน์ ีม้ ีศักยภาพในการผลิต กระแสไฟฟา้ ได้เพิ่มขนึ้ เจา้ อุปกรณ์น้ีกาลงั ทดลองผลติ พลงั งานไฟฟ้าและสง่ กระแสไฟฟา้ ผ่านสายสง่ ไฟฟา้ บนเกาะ Hawaii เพื่อ จา่ ยกระแสไฟแกป่ ระชาชนบนเกาะ ซง่ึ คาดว่าจะมีการขยายการผลิตพลังงานด้วยระบบนีใ้ ห้เตม็ พิกัดในปี 2017

จากการศกึ ษาและพัฒนาพลังงานไฟฟ้าจากการพลังงานงานคลื่นนี้ ปัญหาหน่ึงทสี่ าคัญและนา่ กลวั กว่าเรอื่ ง ลมพายุหรือสัตว์ทะเลรบกวนระบบนัน้ คอื ตน้ ทุนในการผลิต ดังเชน่ พลังงานที่ไดจ้ ากลม (Wind energy) หรือแสงอาทติ ย์ (Solar Energy) จะมตี น้ ทุนทีถ่ กู ลงในปัจจุบนั ตน้ ทนุ ในการผลติ ไฟฟ้าของพลงั งานดังกลา่ วจะถกู มากในชว่ งกลางวนั แต่ ขอ้ เสียคอื พลังงานพวกนจ้ี ะมีตน้ ทนุ การผลิตทีส่ ูงขึน้ เมอ่ื ถกู ผลติ ข้ึนในเวลากลางคนื ฉะน้นั การศกึ ษาต้นทนุ ในการผลติ พลงั งานจากคลนื่ ก็มีความสาคัญมาก ซ่งึ ในปจั จุบนั หลาย ๆ ฝ่ายกาลังประเมินความเป็นไปได้ทางเศรษฐศาสตร์และ ต้นทนุ ท่ีเกดิ ขนึ้ เม่อื ใชพ้ ลังงานคลื่นมาผลติ ไฟฟ้า ซง่ึ ถ้าปัญหาเรื่องตน้ ทนุ ถูกแกไ้ ขได้ ก็ถอื เปน็ ก้าวท่สี าคญั ในการนา พลังงานสะอาดดังกลา่ วมาผลติ ไฟฟ้าเพอื่ ลดหรือทดแทนการใช้พลงั งานทผี่ ลติ จากแหลง่ ฟอสซิลตอ่ ไป

ระบบแบบวงจรเปดิ (Open cycle system) มีหลักการทางานจากการแลกเปล่ียนความร้อนจากผวิ น้าทะเลที่อนุ่ ซ่งึ เปน็ สาเหตใุ หข้ องเหลวทางาน(Working Fluid) เช่น แอมโมเนยี ซ่ึงจะถูกทาใหเ้ ดือดทอี่ ณุ หภมู ปิ ระมาณ 20 องศาร์ C. ทีค่ วามดนั บรรยากาศ จนกลายเป็นไอ ไอทข่ี ยายตัวน้ี จะไปขบั กังหันท่ีต่อเขา้ กบั เครื่องกาเนิดไฟฟ้า นา้ ทะเลทีเ่ ยน็ จะไหลผ่านเขา้ ไปในคอนเด็นเซอร์ ซึง่ ทาหนา้ ทเ่ี ปลียนไอของของเหลวทางาน กลบั ไปเปน็ ของเหลวอีกคร้งั และวนการทางานทง้ั หมดเปน็ วงจรปดิ ระบบแบบวงจรเปดิ (Open cycle system) มหี ลกั การทางานจากการท่ีใช้น้าพผิวทะเลทอี่ ุ่นเปน็ ของเหลว ทางานนา้ จะถูกทาใหก้ ลายเปน็ ไอในสภาพเกือบเป็น สูญญากาศ ทีอ่ ุณหภมู ิผวิ น้า ไอนา้ ท่ขี ยายตัวขน้ึ จะเปน็ ตัวขบั กงั หนั ความดันต่าที่ต่อเขา้ กับเครือ่ งกาเนดิ ไฟฟา้ ไอน้าทีไ่ มม่ ีเกลือและ เกอื บจะเปน็ น้าบรสิ ุทธิ์จะกลนั่ ตัวเป็นของเหลวอีกคร้ังจากการนาไปผง่ึ กับอณุ หภูมเิ ย็นของนา้ ทะเลลกึ ถ้าการกล่นั ตัวไมไ่ ดเ้ กิดจาก การสมั ผัสกันโดยตรงของไอนา้ กับน้าทะเล นา้ ท่เี กดิ จากการกล่นั ตัวน้ี สามารถนาไปใชด้ ม่ื กนิ หรือใช้ในการชลประทานได้ ถา้ เกิดการสมั ผสั กันโดยตรงระหวา่ งไอน้ากับนา้ ทะเลลึก การกลั่นตวั จะสรา้ งไฟฟ้าได้มากกว่าแตไ่ อน้าท่ผี สมกบั นา้ ทะเล ลกึ จะกลายเป็นนา้ ทเ่ี คม็ ขึน้ หลังจากการผสมนี้ จะถูกปลอ่ ยกลับลงสู่ทะเลกระบวนทง้ั หมดจะเกดิ ข้ึนซา้ เปน็ วงจร โดยตอ้ งจา่ ยน้าจาก ผิวทะเลเข้าไปอย่างต่อเนือ่ ง

ระบบไฮบริด (Hybrid) เปน็ ระบบทีผ่ สมระหวา่ งระบบแบบวงจรปิดและระบบวงจรเปิด เพอื่ สร้างไฟฟา้ และน้าบรสิ ุทธิ์ในปริมาณท่เี หมาะสม น้าทะเลจะถกู สมั ผัสกบั แสงแดดโดยตรง ดงั น้นั ทผ่ี วิ หนา้ ของน้าทะเลกจ็ ะมอี ณุ หภมู ิสูงกว่านา้ ทะเลที่อยลู่ ึกลงไป นา้ ทะเล จะเกิดคลื่นซัดไปมา ซึ่งเกิดจากโลกหมนุ รอบตวั เองและลมทพ่ี ดั ผ่านไปมา และนา้ ทะเลจะมนี า้ ขึน้ นา้ ลง ซ่งึ เกิดจากแรงดงึ ดูดของดวง อาทติ ยแ์ ละดวงจันทร์ ปรากฏการณ์ธรรมชาตจิ ากนา้ ทะเลทั้งสามปรากฏการณ์จงึ ถกู นามาใชท้ าการผลิตพลังงานไฟฟา้

ข้อดีของพลังงานคล่นื ทะเล สามารถนามาใชป้ ระโยชน์ได้จานวนมหาศาลเป็นพลงั งานทีไ่ มม่ ีวันหมด/ไมม่ ีวนั สน้ิ สดุ สะอาด เป็นมติ รกบั สงิ่ แวดล้อม สามารถนามาผลติ ไฟฟา้ อย่างเพยี งพอต่อการใช้งานในโลก ชนิ้ ส่วนของของเครื่องกลพลงั งานนา้ ส่วนใหญ่ จะมีความคงทน มีอายกุ าร ใชง้ านกว่าเครอ่ื งจกั รอย่างอืน่ เคร่อื งกลมีความสามารถดาเนินการได้ในเวลาอันรวดเรว็ และควบคุมให้ผลิตกาลังงานออกมาได้ ใกลเ้ คียงกบั ความต้องการใช้พลงั งานได้ตลอดเวลา การผลติ พลังงานจากคลนื่ มีความคุม้ ทุน เมอ่ื สถานทีท่ จี่ ะติดตง้ั โครงสรา้ งดงั กล่าว มีความเหมาะสม มปี ระสทิ ธภิ าพในการทางานสงู มาก

ขอ้ เสียของพลงั งานคลืน่ ทะเล ใหพ้ ลังงานทไ่ี มส่ มา่ เสมอ ไมแ่ นน่ อน ข้ึนอยูก่ ับลกั ษณะของคลื่น และแรงลมทีพ่ ดั ผ่านต้องอาศัยพน้ื ทก่ี ว้างใหญ่มาก จานวนเงนิ ท่ีจะนามาลงทุนต้องมากมายมหาศาล สิง่ ประดิษฐท์ ไ่ี ดจ้ ากพลงั งานคลืน่ ทะเลมีราคาสูง สถานท่ที เี่ หมาะสมในการตดิ ต้ังโครงสร้างการผลติ พลงั งานหาไดย้ ากมาก อีกท้ัง เทคโนโลยใี นการผลติ พลังงานคลนื่ ทะเลนัน้ ยังไมเ่ ป็นท่ีแพร่หลายนัก

ประเภทอุปกรณท์ ีใ่ ช้ในการผลติ พลังงานคลืน่ ทะเล ในการนาพลังงานจากคล่นื มาใช้มีอยู่ 2 ประเภทไดแ้ ก่ แบบอย่กู ับท่ี (Fixed) แบบลอย (Floating) 1. อปุ กรณผ์ ลิตพลังงานจากคล่นื แบบอยกู่ ับที่ (Fixed Generating Devices) 2. อุปกรณผ์ ลติ พลังงานจากคลน่ื แบบลอย (Floating Devices)

• 1. อุปกรณ์ผลิตพลังงานจากคลืน่ แบบอยกู่ บั ท่ี (Fixed Generating Devices) มีอยู่ 2 แบบดว้ ยกันคือ แบบอย่กู บั ท่ี นิยมตดิ ตั้งบริเวณแหลมที่ยื่นออกไปในทะเล และชายฝง่ั (Oscillating Water Column) มกี ระบวนการ ทางาน 2 ขน้ั ตอนด้วยกัน คอื • เมอื่ คลน่ื เข้าไปในอปุ กรณต์ ามแนวตง้ั แรงอัดอากาศในแนวต้ังจะสูงขน้ึ • เมอ่ื คลื่นลดระดับลงอากาศจะถูกดนั ให้ไหลกลบั ผ่านกงั หันเพือ่ ลดแรงอดั ในอุปกรณ์แนวตง้ั นี้ นิยมติดตงั้ บรเิ วณหนา้ ผาหรอื ช่องแคบที่มีความสงู ของคลืน่ คงท่ี (Tapchan หรอื ระบบ Tapered Channel) มกั จะตดิ ตง้ั บริเวณหน้าผา บริเวณชอ่ งแคบจะเป็นสาเหตใุ ห้ยอดคลน่ื สูงขนึ้ เม่อื คลน่ื เหล่านผ้ี ่านเข้าไปในหนา้ ผาระดับของน้าทะเลในหนา้ ผาจะ สูงขน้ึ จากผวิ นา้ ทะเลมาก พลังงานจลนข์ องคลืน่ ทเ่ี คล่อื นท่ีเข้าไปในหน้าผาจะถูกเปล่ียนไปเป็นพลังงานศักด์ิ ซึ่งเกดิ จากนา้ ทะเลทไ่ี หล ออกมาทางกงั หนั ดา้ นขวามอื

2. อปุ กรณ์ผลติ พลังงานจากคลื่นแบบลอย (Floating Devices) Salter’s Duck ถูกคิดค้นโดยสตเี ฟน่ ซอลเทอร์ เพ่อื ตอบสนองการขาดแคลนนา้ มนั ในชว่ งทศวรรษที่ 1970 และยังเปน็ ทรี่ ู้จกั ในอีกชอ่ื หนึ่งว่า Nodding duck หรือชือ่ อย่างเป็นทางการ ของมันก็คือ Edinburgh duck ซงึ่ สร้างไฟฟา้ จากการเคล่อื นทก่ี ลบั ไปมาของอปุ กรณ์ท่ีลอยอยู่ เคร่ืองกาเนดิ ไฟฟ้าแบบหมนุ น้ีจะ แปลงพลังงานไฟฟ้าได้อยา่ งมปี ระสิทธภิ าพโดยรวมถึง 90 เปอร์เซ็นต์ หลกั การผลิตกระแสไฟฟา้ จากพลงั งานคล่ืนทะเล การเปลี่ยนพลงั งานคล่นื ในทะเลเปน็ ไฟฟ้า อาจแบ่งไดเ้ ปน็ 2 ข้นั หลกั ๆ ดงั น้ี การรวมพลงั งานจากคลืน่ เล็ก การนาพลงั งานนั้นมาเปลี่ยนเปน็ พลังงานไฟฟา้

โรงไฟฟ้าพลงั งานนา้ ทะเล น้าทะเลจะถูกสัมผสั กบั แสงแดดโดยตรง ดงั น้ันท่ผี ิวหนา้ ของน้าทะเลก็จะมอี ุณหภมู สิ งู กวา่ น้าทะเลท่ีอยลู่ กึ ลงไป นา้ ทะเล จะเกดิ คล่นื ซัดไปมา ซึง่ เกิดจากโลกหมุนรอบตัวเองและลมท่ีพดั ผา่ นไปมา และนา้ ทะเลจะมนี า้ ขนึ้ น้าลง ซึ่งเกดิ จากแรงดึงดูดของดวง อาทติ ย์และดวงจันทร์ปรากฎการณธ์ รรมชาติจากน้าทะเลท้ังสามปรากฎการณ์จงึ ถกู นามาใชท้ าการผลติ พลังงานไฟฟ้า ซงึ่ ได้แก่

นกั วจิ ยั ไดก้ ลา่ วว่า อุปกรณ์ชนิดนต้ี ้นทุนต่า ตดิ ตง้ั ง่าย และไมก่ ระทบต่อสงิ่ แวดล้อมมากนัก โดยสามารถผลติ พลงั งาน ไฟฟ้าไดอ้ ย่างมีประสทิ ธิภาพเมือ่ เปรยี บเทยี บกับอปุ กรณเ์ กบ็ เกยี่ วพลงั งานคล่ืนทะเลชนิดอน่ื ท่ไี ดม้ ีการพัฒนากันมา ซึง่ ทุก ๆ หน่งึ ตารางเมตรของพรม เม่ือทาการตดิ ตั้งไว้บรเิ วณตามชายฝัง่ ของแคลิฟอรเ์ นยี จะสามารถผลิตไฟฟ้าไดถ้ ึง 2.5 กิโลวัตต์ ซ่งึ มากกวา่ ปรมิ าณการใชไ้ ฟฟ้าของบา้ นเรอื นชาวอเมริกนั ประมาณ 2 เท่าในทกุ ชั่วโมง นอกจากนัน้ เม่อื เปรยี บเทียบกับโซลารเ์ ซลล์ท่มี ขี ายทัว่ ไป ถ้าต้องการให้ผลิตพลงั งานได้เทา่ กัน จะต้องสรา้ งอปุ กรณพ์ รมให้มีขนาดประมาณ 14 ตารางเมตร ซงึ่ จะสามารถผลิตพลังงานไฟฟา้ ได้ 500 kW ใน 1 ช่ัวโมง ทาให้เพยี งพอต่อการจ่ายไฟฟา้ ตามบา้ นไดถ้ งึ 400 หลงั คาเรอื น นกั วิจัยยังไดก้ ลา่ วเพิ่มเติมว่าถ้านาอปุ กรณ์ นีไ้ ปติดต้ังบริเวณอ่ืนของทะเลท่มี คี วามแรงและความผนั ผวนของคล่ืนสูง กจ็ ะทาใหผ้ ลติ พลงั งานไฟฟ้าไดม้ ากกว่าน้ี ซึ่งจะสามารถทา ให้พลังงานคลื่นทะเลกลายเปน็ แหล่งพลงั งานทดแทนที่น่าสนใจเลยทเี ดยี ว