การแปลงพลังงานความร้อนในมหาสมุทร (OTEC)
การแปลงพลังงานความร้อนในมหาสมุทร (Ocean Thermal Energy Conversion, OTEC) เป็นเทคโนโลยีพลังงานหมุนเวียนที่ใช้ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างน้ำทะเลผิวหน้าอุ่นและน้ำทะเลลึกเย็นในการผลิตกระแสไฟฟ้า ความแตกต่างของอุณหภูมินี้ ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในเขตร้อนและกึ่งร้อน เป็นแหล่งพลังงานที่ยังไม่ได้รับการใช้ประโยชน์อย่างเต็มที่ แต่มีศักยภาพมหาศาล ในขณะที่โลกกำลังมองหาแหล่งพลังงานที่ยั่งยืนและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น OTEC กลายเป็นทางเลือกที่น่าสนใจสำหรับการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกพร้อมกับการใช้พลังงานจากทรัพยากรธรรมชาติของโลก
แนวคิดการผลิตพลังงาน
OTEC ใช้หลักการที่ พลังงานความร้อนจากดวงอาทิตย์ทำให้น้ำทะเลผิวหน้าร้อนขึ้น และสร้างความแตกต่างของอุณหภูมิกับน้ำทะเลลึกที่เย็น ความแตกต่างนี้ช่วยให้เครื่องจักรความร้อนทำงานได้ โดยเปลี่ยนพลังงานความร้อนเป็นพลังงานกล และต่อมาเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า ความแตกต่างของอุณหภูมิที่จำเป็นสำหรับการทำงานของ OTEC อย่างมีประสิทธิภาพคือประมาณ 20°C ซึ่งพบได้ทั่วไปในพื้นที่ภายใน 20 องศาเหนือและใต้เส้นศูนย์สูตร
เพิ่มเติม : ในวันที่ปิโตรเลียมและถ่านหินเริ่มร่อยหรอ เรายังมีทางไหนให้เลือกบ้าง
จาก: Growth of ocean thermal energy conversion resources under greenhouse warming regulated by oceanic eddies
(a) ศักยภาพกำลังการผลิตไฟฟ้า OTEC ในระดับโลกจากข้อมูลสังเกต (สีเทา) แบบจำลองระบบโลกความละเอียดสูง CESM-H (สีแดง) และค่าเฉลี่ยของแบบจำลองภูมิอากาศโลกเชื่อมต่อกัน (CGCMs) ในโครงการเปรียบเทียบแบบจำลองภูมิอากาศระยะที่ 6 (CMIP6) (สีน้ำเงิน) พื้นที่ระบายสีแสดงค่าความคลาดเคลื่อนมาตรฐานของค่าเฉลี่ยกลุ่มแบบจำลอง CMIP6 CGCM ตัวเลขมุมซ้ายบนแสดงความชันของแนวโน้มเชิงเส้นของศักยภาพกำลังการผลิต OTEC ระดับโลกในช่วงเวลาต่าง ๆ พร้อมค่าความคลาดเคลื่อนมาตรฐาน (b–d) การกระจายตัวเชิงภูมิศาสตร์ของความหนาแน่นศักยภาพกำลังการผลิต OTEC แบบเฉลี่ยเวลา (ค.ศ. 1992–2021) จากข้อมูลสังเกต จาก CESM-H และจากค่าเฉลี่ยกลุ่มแบบจำลอง CMIP6 CGCM ตามลำดับ (e–h) เหมือนใน (a–d) แต่เป็นศักยภาพทรัพยากร OTEC ที่อยู่ภายในเขตเศรษฐกิจจำเพาะ (EEZ) โดยเส้นสีดำทึบแสดงขอบเขต EEZ ทั่วโลก (ที่มา : Du และคณะ, 2022)
ระบบ OTEC
- ท่อนำน้ำอุ่น น้ำทะเลผิวหน้าที่อุณหภูมิประมาณ 25–30°C ใช้เป็นแหล่งความร้อน
- ท่อนำน้ำเย็น น้ำทะเลลึก (ลึกกว่า 1,000 เมตร) ที่อุณหภูมิประมาณ 5°C ใช้เป็นแหล่งความเย็น
- เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน อุปกรณ์ที่ช่วยถ่ายเทความร้อนจากน้ำทะเลอุ่นไปยังสารทำงาน ทำให้สารระเหย
- กังหันและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า สารที่ระเหยเป็นไอจะขับเคลื่อนกังหันที่เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า
- เครื่องควบแน่น น้ำทะเลเย็นจะควบแน่นสารที่ระเหยกลับเป็นของเหลว เพื่อใช้ในรอบการทำงานใหม่
แม้ว่าประสิทธิภาพของระบบ OTEC จะต่ำ (ประมาณ 3–4%) เนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิที่มีขนาดเล็ก แต่เชื้อเพลิงที่ใช้คือพลังงานจากแสงอาทิตย์ซึ่งมีอยู่มากมายและไม่มีค่าใช้จ่าย
เทคนิคการแปลงพลังงาน
มีเทคนิคหลายรูปแบบที่พัฒนาขึ้นเพื่อใช้งานระบบ OTEC โดยมีความแตกต่างกันตามชนิดของสารทำงาน การออกแบบระบบ และการใช้งานที่ตั้งเป้าหมายไว้ เทคนิคหลัก 3 รูปแบบ ได้แก่
1) ระบบวงจรเปิด (Open Cycle OTEC) ในระบบวงจรเปิด น้ำทะเลผิวหน้าที่อุ่นจะถูกใช้เป็นสารทำงานโดยตรง น้ำทะเลนี้จะถูกสูบเข้าสู่ห้องแรงดันต่ำซึ่งทำให้น้ำเดือดและเกิดไอน้ำ ไอน้ำจะขับเคลื่อนกังหันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า จากนั้น ไอน้ำจะถูกควบแน่นด้วยน้ำทะเลเย็นและส่งกลับคืนสู่มหาสมุทร ข้อดี ผลิตน้ำจืดจากการกลั่นไอน้ำได้เป็นผลพลอยได้ ระบบเรียบง่าย ไม่ต้องใช้สารทำงานเพิ่มเติม ข้อเสีย ต้องใช้น้ำทะเลในปริมาณมาก ค่าบำรุงรักษาสูง เนื่องจากการกัดกร่อนของน้ำทะเล
2) ระบบวงจรปิด (Closed Cycle OTEC) ในระบบวงจรปิด ใช้สารทำงานที่มีจุดเดือดต่ำ เช่น แอมโมเนีย หรือสารไฮโดรฟลูออโรคาร์บอน น้ำทะเลอุ่นจะถ่ายเทความร้อนไปยังสารทำงานผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ทำให้สารระเหย ไอของสารจะขับเคลื่อนกังหันก่อนที่จะถูกควบแน่นกลับเป็นของเหลวด้วยน้ำทะเลเย็น ข้อดี ประสิทธิภาพสูงขึ้นเนื่องจากสารทำงานที่เหมาะสม ลดปัญหาการกัดกร่อนจากน้ำทะเล ข้อเสีย การออกแบบระบบที่ซับซ้อนขึ้น ความเสี่ยงต่อสิ่งแวดล้อมในกรณีสารทำงานรั่วไหล
3) ระบบลูกผสม (Hybrid Cycle OTEC) ระบบลูกผสมเป็นการรวมคุณสมบัติของทั้งระบบวงจรเปิดและปิด น้ำทะเลอุ่นจะถูกใช้เพื่อผลิตไอน้ำคล้ายกับวงจรเปิด และพลังงานความร้อนที่เหลือจะถูกส่งไปยังสารทำงานในระบบวงจรปิดเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ ข้อดี ผสมผสานข้อดีของทั้งสองระบบ สามารถผลิตทั้งพลังงานไฟฟ้าและน้ำจืดได้พร้อมกัน ข้อเสีย ระบบซับซ้อนและมีต้นทุนสูงขึ้น การบำรุงรักษายากกว่าเนื่องจากมีสองระบบในหนึ่งเดียว
แหล่ง OTEC ที่ดังๆ
1) ศูนย์พลังงานธรรมชาติแห่งฮาวาย (Natural Energy Laboratory of Hawaii Authority – NELHA) ตั้งอยู่บนเกาะฮาวาย NELHA เป็นศูนย์วิจัยและพัฒนา OTEC ที่สำคัญ ได้ช่วยขับเคลื่อนเทคโนโลยี OTEC และแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของโครงการผ่านการดำเนินงานในระดับทดลอง
2) เกาะคุเมะ ประเทศญี่ปุ่น ที่เกาะคุเมะ มีโรงงาน OTEC ขนาดเล็กที่ผลิตกระแสไฟฟ้าพร้อมสนับสนุนอุตสาหกรรมในท้องถิ่น เช่น การเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำและการผลิตเครื่องสำอาง
3) ตาฮิติ เฟรนช์โปลินีเซีย ตาฮิติมีระบบ OTEC เชิงทดลองเพื่อค้นหาวิธีการพลังงานหมุนเวียนสำหรับชุมชนเกาะ แม้จะมีขนาดเล็ก แต่โครงการนี้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการตอบสนองความต้องการพลังงานในพื้นที่ห่างไกล
4) มาร์ตีนีก แคริบเบียน โครงการ “NEMO” ในมาร์ตีนีกเป็นโรงงาน OTEC ที่มีกำลังการผลิต 10 เมกะวัตต์ที่วางแผนไว้ เพื่อให้พลังงานสะอาดแก่เกาะ และเป็นหนึ่งในความพยายามที่ทะเยอทะยานที่สุดในการขยายขนาดเทคโนโลยี OTEC
5) สาธารณรัฐมัลดีฟส์ มัลดีฟส์ซึ่งพึ่งพาดีเซลในการผลิตไฟฟ้า กำลังพิจารณา OTEC เพื่อลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก ตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ของมัลดีฟส์เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการนำ OTEC มาใช้ในระดับใหญ่
แนวโน้มอนาคต
1) นวัตกรรมทางเทคโนโลยี เพิ่มประสิทธิภาพ การพัฒนาวัสดุในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและการออกแบบกังหันช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพ เทคโนโลยีใต้ทะเลลึก การพัฒนาเทคโนโลยีใต้ทะเลช่วยลดต้นทุนในการดึงน้ำเย็น การรวมเทคโนโลยีอื่น การรวม OTEC กับพลังงานลมและแสงอาทิตย์เพื่อสร้างระบบไฮบริด
2) การใช้งานหลายรูปแบบ OTEC สามารถทำได้มากกว่าการผลิตไฟฟ้า เช่น ผลิตน้ำจืดผ่านกระบวนการกลั่นน้ำทะเล สนับสนุนการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำด้วยน้ำเย็นที่มีสารอาหารสูง ใช้เป็นระบบทำความเย็นสำหรับอาคารและกระบวนการอุตสาหกรรม
3) การสนับสนุนนโยบายและการลงทุน นโยบายที่สนับสนุนพลังงานหมุนเวียนและความตกลงระหว่างประเทศเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศส่งเสริมการลงทุนใน OTEC ความร่วมมือระหว่างภาครัฐและเอกชนมีบทบาทสำคัญในการจัดหาเงินทุนสำหรับโครงการขนาดใหญ่
4) ความยั่งยืนและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม การประเมินผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการดำเนินการ OTEC อย่างยั่งยืน การทำงานร่วมกับชุมชนท้องถิ่นช่วยให้เทคโนโลยีนี้สนับสนุนการพัฒนาเศรษฐกิจโดยไม่กระทบต่อระบบนิเวศทางทะเล
สรุป OTEC เป็นเทคโนโลยีที่มีศักยภาพสูงในการเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียน โดยเฉพาะในพื้นที่เขตร้อนและเกาะต่าง ๆ แม้ว่าจะมีความท้าทายในด้านประสิทธิภาพและต้นทุนเริ่มต้นที่สูง แต่การพัฒนานวัตกรรม นโยบายสนับสนุน และความต้องการพลังงานที่ยั่งยืน กำลังผลักดันให้ OTEC ก้าวหน้า
ในขณะที่โลกกำลังมุ่งสู่การลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก OTEC เป็นโซลูชันที่สะอาด น่าเชื่อถือ และสามารถนำไปใช้งานได้หลากหลาย ด้วยการจัดการกับข้อจำกัดทางเทคนิค เศรษฐกิจ และสิ่งแวดล้อม OTEC อาจมีบทบาทสำคัญในการเปลี่ยนผ่านสู่ยุคพลังงานหมุนเวียนในระดับโลก
. . .
บทความล่าสุด : www.mitrearth.org
เยี่ยมชม facebook : มิตรเอิร์ธ – mitrearth
