ประเด็นทางเทคนิคบางอย่างเกี่ยวกับพลังงาน

ประเด็นทางเทคนิค นิยามของพลังงาน รูปแบบของพลังงาน ประเภทของเชื้อเพลิง หน่วยวัด กฎธรรมชาติ

นิยามของพลังงาน ทั่วไป Energy: “capacity to do work”   ทั่วไป Energy: “capacity to do work” “สมรรถนะในการทำงาน”

นิยามของพลังงาน วิทยาศาสตร์ Energy: “a property of matter that can be converted into work, heat or radiation” “คุณสมบัติของสสารซึ่งสามารถแปลงไปเป็น งาน ความร้อน หรือรังสี”

พลังงานมี 6 รูปแบบ (forms) พลังงานกล (mechanical energy) การเคลื่อนไหว เช่น แรงน้ำหมุนใบพัด พลังงานเคมี (chemical energy) กระบวนการทางเคมี เช่น เผาไหม้น้ำมันเกิดความร้อน

พลังงานมี 6 รูปแบบ (forms) พลังงานความร้อน (thermal energy) ความร้อนจากการสั่นสะเทือนของโมเลกุล พลังงานรังสี (radiant energy) แสงและรังสีทุกชนิด แหล่งสำคัญคือดวงอาทิตย์

พลังงานมี 6 รูปแบบ (forms) พลังงานนิวเคลียร์ (nuclear energy) การแยกนิวเคลียสของอะตอม (fission) ทำให้มวลสารอะตอนเปลี่ยนรูปเป็นพลังงาน Einstein’s equation: E = MC2

พลังงานมี 6 รูปแบบ (forms) พลังงานไฟฟ้า (electrical energy) การวิ่งของอีเล็กตรอน ไฟฟ้าเปลี่ยนรูปเป็นพลังงานอื่นได้ง่าย

เชื้อเพลิง (Fuel) สสารที่เปลี่ยนรูปเป็นพลังงาน แปลไทยว่า “เชื้อเพลิง” แต่ไม่จำเป็นต้องมีไฟ

เชื้อเพลิง (Fuel) แบ่งประเภทได้หลายวิธี Renewable fuels/energy กับ Nonrenewable Modern/Commercial กับ Traditional Fossil fuels กับ Nonfossil

เชื้อเพลิง (Fuel) แบ่งแบบ Renewable fuels/energy กับ Nonrenewable Nonrenewable (ไม่หมุนเวียน) ปริมาณจำกัด ใช้หมดในที่สุด ส่วนใหญ่เป็น fossil fuels จากซากพืช/สัตว์

เชื้อเพลิง (Fuel) Nonrenewable fossil fuels ที่สำคัญคือ น้ำมันดิบ ก๊าซธรรมชาติ และถ่านหิน ซึ่งเรียกเป็นพลังงานทันสมัย/เชิงพาณิชย์ (commercial) ด้วย Fossil fuels ที่ยังไม่เป็นเชิงพาณิชย์คือ ทรายน้ำมัน (tar sand) และหินน้ำมัน (oil shale)

เชื้อเพลิง (Fuel) Renewable energy (หมุนเวียน) มีปริมาณมาก potential supply > demand ใช้ได้ตลอด ตราบเท่าที่มีดวงอาทิตย์

เชื้อเพลิง (Fuel) Renewable energy (หมุนเวียน) ได้แก่ แสงแดด ลม พลังน้ำ คลื่น ความร้อนใต้พิภพ กลุ่มวัสดุเกษตร (biomass หรือชีวมวล): ไม้ กากอ้อย แกลบ มูลสัตว์ (biogas หรือก๊าซชีวภาพ)

เชื้อเพลิง (Fuel) Renewable energy (หมุนเวียน) ได้แก่ น้ำมันจากพืช: ethanol biodiesel ขยะ น้ำเสีย

เชื้อเพลิง (Fuel) กึ่ง Renewable energy ได้แก่ พลังงานนิวเคลียร์ เป็น nonrenewable โดยเทคโนโลยีปัจจุบัน (fission) แต่จะเป็น renewable โดยเทคโนโลยีอนาคต (fusion)

เชื้อเพลิง (Fuel) ไฟฟ้า ผลิตโดยอาศัยเชื้อเพลิงอื่นๆ ไฟฟ้า ผลิตโดยอาศัยเชื้อเพลิงอื่นๆ ไฟฟ้าเป็นพลังงานที่ใช้ได้สะดวก เปลี่ยนเป็นพลังงานรูปอื่นได้ง่ายและหลากหลาย

หน่วยวัดปริมาณของเชื้อเพลิง/พลังงาน  หน่วยวัดทางกายภาพ น้ำมัน: บาเรล (ปริมาตร) : ตัน (น้ำหนัก) 1 บาเรล = 158.99 ลิตร = 42 แกลลอน

หน่วยวัดปริมาณของเชื้อเพลิง/พลังงาน  หน่วยวัดทางกายภาพ ถ่านหิน: ตัน (น้ำหนัก) ก๊าซธรรมชาติ: (ปริมาตร) ลูกบาศก์ฟุต/ลูกบาศก์เมตร

หน่วยวัดปริมาณของเชื้อเพลิง/พลังงาน  หน่วยวัดความร้อน calorie BTU (British thermal unit) joule watt-hour toe (ton of oil equivalent) tce (ton of coal equivalent)

หน่วยวัดปริมาณของเชื้อเพลิง/พลังงาน  หน่วยวัดความร้อน BTU (British thermal unit): ปริมาณความร้อนที่ทำให้น้ำหนัก 1 ปอนด์มีอุณหภูมิสูงขึ้น 1 องศาฟาเรนไฮต์ calorie: ปริมาณความร้อนที่ทำให้น้ำหนัก 1 กรัมมีอุณหภูมิสูงขึ้น 1 องศาเซลเซียส

หน่วยวัดปริมาณของเชื้อเพลิง/พลังงาน  หน่วยวัดความร้อน หน่วยราชการไทยใช้ ktoe (kilo ton of oil equivalent เทียบเท่ากับหน่วยความร้อนที่ได้จากน้ำมันดิบหนัก 1,000 ตัน)

หน่วยวัดปริมาณของเชื้อเพลิง/พลังงาน  หน่วยวัดความร้อน 1 toe (ton of oil equivalent) = 40 ล้าน BTU (โดยประมาณ) 10 พันล้าน calories 41,868 ล้าน joule 11.63 ล้าน watt-hour 1.4286 tce www.onlineconversion.com/energy

หน่วยวัดปริมาณของเชื้อเพลิง/พลังงาน  หน่วยวัดความร้อน kilo (k) 103 พัน mega (M) 106 ล้าน giga (G) 109 พันล้าน tera (T) 1012 ล้านล้าน peta (P) 1015 พันล้านล้าน exa (E) 1018 ล้านล้านล้าน

พลังงาน (energy) และกำลัง (power) กำลัง (power) คืออัตราการใช้ (หรือผลิต) พลังงานในหนึ่งช่วงเวลา Power = Energy/ Time หรือ Energy = Power x Time

พลังงาน (energy) และกำลัง (power) จากจอดนิ่งถึง “100 ก.ม. ต่อ ช.ม.” รถ A ทำได้ใน 20 วินาที รถ B ทำได้ใน 10 วินาที B มี power มากกว่า A เท่าใด?

พลังงาน (energy) และกำลัง (power) Energy = Power x Time A: E1 = PowerA x 20 B: E1 = PowerB x 10 PowerB = 2 x PowerA

พลังงาน (energy) และกำลัง (power) หน่วยวัดของ Power คือ watt 1 watt = 1 joule / 1 second มักใช้กับ “กำลังหรืออัตราการใช้ไฟฟ้า” ของเครื่องใช้ไฟฟ้า

พลังงาน (energy) และกำลัง (power) ใช้หลอดไฟฟ้า 100 watt 8 ชั่วโมง: คิดเป็นหน่วยพลังงานไฟฟ้า = 100W x 8 hours = 800 Wh = 0.8 kWh kWh คือหน่วยไฟฟ้าที่ใช้คิดค่าไฟฟ้า

กฎธรรมชาติเกี่ยวกับพลังงาน กฎแห่ง “อุณหพลวัต” (laws of thermodynamics) 2 ข้อ:

กฎธรรมชาติเกี่ยวกับพลังงาน ข้อแรก ปริมาณพลังงานในจักรวาลมีค่าคงที่ พลังงานที่ “ถูกใช้” ไม่สูญหาย เพียงแต่เปลี่ยนรูป (cannot be created or destroyed) energy input = energy output

กฎธรรมชาติเกี่ยวกับพลังงาน ข้อที่ 2 พลังงานที่ใช้ประโยชน์ได้ (useful energy) มีปริมาณลดลงตลอด ในขณะที่พลังงานที่ใช้ประโยชน์ไม่ได้ (unavailable energy) มีปริมาณเพิ่มขึ้นตลอด

กฎธรรมชาติเกี่ยวกับพลังงาน ข้อที่ 2 useful energy ลดลงตลอด แต่unavailable energy เพิ่มขึ้นตลอด Energy input > “useful” energy output

กฎธรรมชาติเกี่ยวกับพลังงาน ประสิทธิภาพ (efficiency) ในการเปลี่ยนรูปพลังงานต่ำกว่า 100% พลังงานบางส่วนใช้ประโยชน์ไม่ได้

กฎธรรมชาติเกี่ยวกับพลังงาน อุปกรณ์ เปลี่ยนรูปพลังงานจาก ประสิทธิภาพ (%) เครื่องเป่าผม ไฟฟ้า เป็น ความร้อน 100 เตาต้มน้ำในโรงไฟฟ้า เคมี เป็น ความร้อน 85 มอเตอร์เล็ก ไฟฟ้า เป็น กล 65 เครื่องรถยนต์ เคมี เป็น กล 25 หลอดนีออน ไฟฟ้า เป็น แสงสว่าง 20 หลอดกลม 5

กฎธรรมชาติเกี่ยวกับพลังงาน แต่ประสิทธิภาพด้านพลังงาน ไม่จำเป็นต้องเหมือนกับ ประสิทธิภาพด้านเศรษฐศาสตร์