Geothermal Power Plant โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพ

พลังงานความร้อนใต้พิภพคืออะไร พลังงานความร้อนใต้พิภพ คือ พลังงานธรรมชาติที่เกิดจาก ความร้อนที่ถูกกักเก็บอยู่ภายใต้ผิวโลก (Geo = โลก, Thermal = ความร้อน) โดยปกติแล้วอุณหภูมิภายใต้ผิวโลกจะเพิ่มขึ้นตามความลึก กล่าวคือยิ่งลึกลงไปอุณหภูมิจะยิ่งสูงขึ้นและในบริเวณส่วนล่างของชั้นเปลือกโลก (Continental Crust) หรือที่ความลึกประมาณ 25 ถึง 30 กิโลเมตร อุณหภูมิจะมีค่าอยู่ในเกณฑ์เฉลี่ย ประมาณ 250 ถึง 1,000 องศา ในขณะที่ตรงจุดศูนย์กลางของโลก อุณหภูมิอาจจะสูงถึง 3,500 ถึง 4,500 องศา

พลังงานความร้อนใต้พิภพเกิดขึ้นอย่างไร พลังงานความร้อนใต้พิภพ มักพบในบริเวณที่เรียกว่า Hot Spots คือบริเวณที่มีการ ไหลหรือแผ่กระจายของความร้อนจากภายใต้ผิวโลกขึ้น มาสู่ผิวดินมากกว่าปกติและมีค่าการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิตามความลึก (Geothermal Gradient) มากกว่าปกติประมาณ 1.5 - 5 เท่า เนื่องจากในบริเวณดังกล่าว เปลือกโลกมีการเคลื่อนที่ทำให้เกิดรอยแตกของชั้นหิน ปกติแล้วขนาดของแนวรอยแตกที่ผิวดินจะใหญ่และค่อย ๆ เล็กลง เมื่อลึกลงไปใต้ผิวดินและเมื่อมีฝนตกลงมาในบริเวณนั้น ก็จะมีน้ำบางส่วนไหลซึมลงไปภายใต้ผิวโลก ตามแนวรอยแตกดังกล่าว น้ำนั้น จะไปสะสมตัว และรับความร้อนจากชั้นหิน ที่มีความร้อนจนกระทั่งน้ำกลายเป็นน้ำร้อนและไอน้ำ แล้วจะพยายามแทรกตัวตามแนวรอยแตกของชั้นหิน ขึ้นมาบนผิวดิน และปรากฏให้เห็นในรูปของบ่อน้ำร้อน น้ำพุร้อน ไอน้ำร้อน บ่อโคลนเดือด เป็นต้น

ลักษณะของแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพที่พบในโลก แหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพที่พบในโลกแบ่งเป็นลักษณะใหญ่ ๆ ได้ 3 ลักษณะ คือ  แหล่งที่เป็นไอน้ำส่วนใหญ่ (Steam Dominated) เป็นแหล่งกักเก็บความร้อนที่ประกอบด้วย ไอน้ำมากกว่า 95% โดยทั่วไปมักจะเป็น แหล่งที่มีความสัมพันธ์ใกล้ชิด กับหินหลอมเหลวร้อนที่อยู่ตื้นๆ อุณหภูมิของไอน้ำร้อนจะสูงกว่า 240 C ขึ้นไป แหล่งที่เป็นไอน้ำส่วนใหญ่นี้ จะพบน้อยมากในโลกเรา แต่สามารถนำมาใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าได้มากที่สุด  แหล่งที่เป็นน้ำร้อนส่วนใหญ่ (Hot Water Dominated) เป็นแหล่งกักเก็บสะสมความร้อนที่ประกอบไปด้วย น้ำร้อนเป็นส่วนใหญ่ อุณหภูมิน้ำร้อนจะมีตั้งแต่ 100 C ขึ้นไป ระบบนี้จะพบมากที่สุดในโลก

 แหล่งหินร้อนแห้ง (Hot Dry Rock) เป็นแหล่งสะสมความร้อนที่เป็นหินเนื้อแน่น แต่ไม่มีน้ำร้อนหรือไอน้ำ ไหลหมุนเวียนอยู่ ดังนั้นถ้าจะนำมาใช้จำเป็นต้องอัดน้ำเย็นลงไปทางหลุมเจาะ ให้น้ำได้รับความร้อนจากหินร้อน โดยไหล หมุนเวียนภายในรอยแตกที่กระทำขึ้น จากนั้นก็ทำการสูบน้ำร้อนนี้ ขึ้นมาทางหลุมเจาะอีกหลุมหนึ่ง ซึ่งเจาะลงไป ให้ตัดกับรอยแตกดังกล่าว

โครงสร้างส่วนประกอบของโรงไฟฟ้าความร้อนใต้พิภพ Separator ถังแยกไอ ทำหน้าที่แยกไอน้ำออกจากน้ำ Vaporizer ถังต้มไอ ทำหน้าที่ต้มน้ำหรือสารของไหล เช่น Ammonia Freon หรือสารทำงาน Working Fluid ที่มีจุดเดือดต่ำ ให้เดือดกลายเป็นไอ Cold Storage ห้องเย็น ทำหน้าที่ลดอุณหภูมิของสารของไหลให้ต่ำลง Dryer ห้องอบแห้ง ทำหน้าที่อบสารของไหลให้แห้ง Cooling Tower หอระบายความร้อน ทำหน้าที่ระบายความร้อนจากไอน้ำเพื่อควบแน่นให้ไอน้ำกลายเป็นน้ำ

โครงสร้างส่วนประกอบของโรงไฟฟ้าความร้อนใต้พิภพ Separator ทำหน้าที่แยกไอน้ำและน้ำออกจากกัน Vaporizer หรืถังต้มไอ ทำหน้าที่ ต้มน้ำให้เดือดกลายเป็นไอ Pre heater ทำหน้าที่ เพิ่มอุณหภูมิให้กับระบบ Condenser ทำหน้าที่ ควบแน่นไอน้ำให้กลายเป็นน้ำที่มีอุณหภูมิต่ำลง

โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพ มี 3 แบบ ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของน้ำร้อน/ไอน้ำร้อนของแหล่งกักเก็บพลังงานเป็นสำคัญ (1) โรงไฟฟ้าใช้ไอน้ำร้อนแห้ง (Dry Steam) (2) โรงไฟฟ้าใช้ไอน้ำร้อนที่แยกมาจากน้ำร้อน (Flash Steam) (3) โรงไฟฟ้าระบบสองวงจร (Binary Cycle)

กรณีแหล่งกักเก็บมีอุณหภูมิสูงมาก มีแต่ไอร้อนแห้ง (Dry steam) ไอร้อนนี้จะถูกนำไปหมุนกังหันไอน้ำของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยตรง ไอที่เหลือจะถูกควบแน่นเป็นน้ำ แล้วอัดคืนลงแหล่งไอร้อน

โรงไฟฟ้าแบบ Flash Steam ใช้น้ำร้อนจากแหล่งกักเก็บที่เป็นน้ำร้อนส่วนใหญ่ ส่งเข้า Flash Tank น้ำร้อนนี้จะแปรสภาพเป็นไอน้ำร้อนหมุนกังหันไอน้ำและผลิตไฟฟ้าต่อไป

โรงไฟฟ้าระบบสองวงจรใช้ความร้อนจากแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพมาทำให้ของเหลวพิเศษ (Working Fluid) กลายเป็นไอ และส่งไอนี้ไปหมุนกังหันไอน้ำและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าต่อไป

โรงไฟฟ้าที่ Lardello, Italy ถูกทำลายในสงครามโลกครั้งที่สอง แต่ได้ก่อสร้างขึ้นใหม่ ปัจจุบันยังผลิตไฟฟ้า หลังจากผลิตไฟฟ้ามาได้กว่า 90 ปี

โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพแห่งแรกสร้างขึ้นในปี ค. ศ โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพแห่งแรกสร้างขึ้นในปี ค.ศ. 1962 ที่ The Geysers, California ปัจจุบันเป็นแหล่งที่มีการผลิตขนาดใหญ่ที่สุดของโลก

Flash Technology ค้นพบในนิวซีแลนด์ เนื่องจากมีแหล่งกักเก็บส่วนใหญ่เป็นน้ำร้อน โรงไฟฟ้า Flash Steam นี้อยู่ที่ East Mesa, California

โรงไฟฟ้า Flash Steam ในญี่ปุ่น ในโรงไฟฟ้าประเภทนี้ น้ำร้อน และไอน้ำร้อนที่เหลือใช้และควบแน่นแล้วจะอัดกลับลงไปเพื่อหมุนเวียนใช้

โรงไฟฟ้า Flash Steam ที่ Imperial Valley, California

โรงไฟฟ้าที่ Big Island, Hawaii เป็นโรงไฟฟ้าสองระบบ คือ ระบบสองวงจรและ Flash Steam

โรงไฟฟ้าระบบสองวงจรที่อำเภอฝาง จังหวัดเชียงใหม่ ขนาด 300 กิโลวัตต์

โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพที่ Imperial Valley, California

 ผลพลอยได้ น้ำร้อนที่นำไปใช้ในโรงไฟฟ้า เมื่อถ่ายเทความร้อนให้กับสารทำงานแล้วอุณหภูมิจะลดลงเหลือ 77 องศาเซลเซียส ซึ่งสามารถนำไปใช้ในการอบแห้ง และห้องเย็นสำหรับเก็บรักษาพืชผลทางการเกษตรได้

ผลกระทบจากการใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพ 1. ก๊าซพิษ โดยทั่วไปพลังงานความร้อนที่ได้จากแหล่งใต้พิภพ มักมีก๊าซประเภทที่ไม่สามารถรวมตัว ( non condensable gases ) เช่น ไฮโดรเจนซัลไฟด์ และก๊าซอื่น ๆ ผสมอยู่ในปริมาณสูง ซึ่งก๊าซเหล่านี้จะมีอันตรายต่อระบบการหายใจ หากมีการสูดดมเข้าไป ต้องมีวิธีกำจัดก๊าซเหล่านี้โดยการเปลี่ยนสภาพของก๊าซให้เป็นกรด โดยการให้ก๊าซนั้นผ่านเข้าไปในน้ำซึ่งจะเกิด ปฏิกิริยาเคมีได้เป็นกรดซัลฟิวริกขึ้น โดยกรดนี้สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้

2. แร่ธาตุ น้ำจากแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพในบางแหล่งมีปริมาณแร่ธาตุต่างๆ ละลายอยู่ในปริมาณที่สูงซึ่งการนำน้ำนั้นมาใช้แล้วปล่อยระบายลงไปผสมกับแหล่งน้ำธรรมชาติบนผิวดินจะส่งผลกระทบต่อระบบน้ำผิวดินที่ใช้ในการเกษตรหรือใช้อุปโภคบริโภคได้ ดังนั้นก่อนการปล่อยน้ำออกไป จึงควรทำการแยกแร่ธาตุต่างๆ เหล่านั้นออก โดยการทำให้ตกตะกอนหรืออาจใช้วิธีอัดน้ำนั้นกลับคืนสู่ใต้ผิวดิน ซึ่งต้องให้แน่ใจว่าน้ำที่อัดลงไปนั้นจะไม่ไหลไปปนกับแหล่งน้ำใต้ดินธรรมชาติที่มีอยู่

3. ความร้อน โดยปกติน้ำจากแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพ ที่ผ่านการใช้ประโยชน์จากระบบผลิตไฟฟ้าแล้วจะมีอุณหภูมิลดลง แต่อาจยังสูงกว่าอุณหภูมิของน้ำในแหล่งธรรมชาติเพราะยังมีความร้อนตกค้างอยู่ ดังนั้นก่อนการระบายน้ำนั้นลงสู่แหล่งน้ำธรรมชาติ ควรทำให้น้ำนั้นมีอุณหภูมิเท่าหรือใกล้เคียงกับอุณหภูมิของน้ำในแหล่งธรรมชาติเสียก่อน โดยอาจนำไปใช้ประโยชน์อีกครั้งคือการนำไปผ่านระบบการอบแห้งหรือการทำความอบอุ่นให้กับบ้านเรือน

4. การทรุดตัวของแผ่นดิน การนำเอาน้ำร้อนจากใต้ดินขึ้นมาใช้ ย่อมทำให้ในแหล่งพลังงานความร้อนนั้น เกิดการสูญเสียเนื้อมวลสารส่วนหนึ่งออกไป ซึ่งอาจก่อให้เกิดปัญหาการทรุดตัวของแผ่นดินขึ้นได้ ดังนั้นหากมีการสูบน้ำร้อนขึ้นมาใช้ จะต้องมีการอัดน้ำซึ่งอาจเป็นน้ำร้อนที่ผ่านการใช้งานแล้ว หรือน้ำเย็นจากแหล่งอื่นลงไปทดแทนในอัตราเร็วที่เท่ากัน เพื่อป้องกันปัญหาการทรุดตัวของแผ่นดิน