เทคโนโลยี กรณีศึกษา และความท้าทายในยุคปัจจุบันของพลังงานลม

21 Aug 2024

พลังงานลม

Wind power energy

ข้อมูลจาก สหภาพยุโรป Copernicus และ ECMWF ชี้ให้เห็นว่าปัจจุบันอุณหภูมิอากาศบนพื้นผิวโลกมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นจากระดับปกติอย่างรวดเร็วกว่าในอดีต โดยเฉพาะอย่างยิ่งในปี 2023 และ 2024 ที่อุณหภูมิอากาศบนผิวโลกเพิ่มขึ้นมากกว่า 1.5ºC จากระดับปกติ และจากข้อมูลสภาพอากาศในสหภาพยุโรปพบว่าในเดือนมีนาคม 2024 อุณหภูมิอากาศทั่วโลกสูงขึ้น 0.73ºC กว่าระดับเฉลี่ยในเดือนมีนาคมในช่วงปี 1991-2020 นอกจากนั้นอุณหภูมิบนผิวน้ำทะเลในปี 2023 และ 2024 ก็มีแนวโน้มสูงขึ้นกว่าช่วงที่ผ่านมา ส่งผลให้ทั่วโลกให้ความสำคัญกับภาวะโลกเดือดเป็นอย่างมาก ดังนั้น จึงควรเร่งดำเนินการทุกทางเพื่อให้โลกเดือดช้าลง การมุ่งเน้นไปที่การใช้พลังงานทางเลือกให้มากขึ้น เป็นหนึ่งในกิจกรรมที่ทำได้ของภาคพลังงาน เพื่อลดการพึ่งพาพลังงานฟอสซิลและช่วยชะลอการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิบรรยากาศได้อีกทางหนึ่ง

รูปที่ 1 แสดงอุณหภูมิอากาศบนพื้นผิวโลกแบบรายเดือนเปรียบเทียบกับระดับอ้างอิงในช่วงปี 1850 ถึง 1900 (ช่วงก่อนยุคอุตสาหกรรม) และอุณหภูมิบนผิวน้ำทะเลแหล่งที่มา https://www.euronews.com/green/2024/04/09/march-breaks-global-temperature-record-for-tenth-month-in-a-row-how-does-europe-compare

วิวัฒนาการและความท้าทายของพลังงานลม จากอดีตสู่อนาคต

รูปที่ 2 แสดงประวัติศาสตร์ของพลังงานลมตั้งแต่อดีตถึงปัจจุบันแหล่งที่มา: https://www.nationalgrid.com/stories/energy-explained/history-wind-energy การใช้พลังงานลมมีประวัติศาสตร์ยาวนานหลายพันปี ในช่วงต้น 5,000 ปีก่อนคริสตกาล และเป็นหนึ่งในพลังงานทางเลือกที่น่าสนใจ ตั้งแต่ใช้ในการขับเคลื่อนเรือในแม่น้ำไนล์ ใช้ในการปั๊มน้ำบดเมล็ดพืชในจีนและตะวันออกกลาง จนมาถึงกังหันลมสมัยใหม่ที่ใช้ลมในการผลิตไฟฟ้าแทนการใช้เป็นเครื่องทุ่นแรงในสมัยก่อน โดยใบพัดจะหมุนตามความแรงและทิศทางลมที่เกิดขึ้นตามความดัน อุณหภูมิ ความชื้นและพื้นที่การไหลของอากาศที่เปลี่ยนไปแต่ละภูมิประเทศตามหลักการกลศาสตร์ของอากาศ และสภาพอากาศเกิดขึ้น ตอบสนองกับเทคโนโลยีกังหันลมแต่ละรุ่น ปัจจุบันกังหันลมผลิตไฟฟ้าทั่วโลกมีความสูงเฉลี่ยมากกว่า 100 เมตร และขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางโรเตอร์เฉลี่ยมากถึง 144 เมตร

รูปที่ 3 แสดงข้อมูลความสูงเฉลี่ยของกังหันลมบนฝั่งทั่วโลกและเส้นผ่าศูนย์กลางของโรเตอร์แหล่งที่มา: BloombergNEFท่านผู้อ่านทราบกันหรือไม่ครับว่าตอนนี้มีประเทศที่ใช้พลังงานลมในการผลิตไฟฟ้าแล้วกว่า 100 ประเทศทั่วโลก โดย 5 อันดับแรกที่มีการใช้พลังงานลมบนชายฝั่ง (Onshore Wind) อย่างเป็นล่ำเป็นสัน คือ จีน สหรัฐอเมริกา เยอรมนี อินเดีย และสเปน สำหรับการใช้พลังงานลมนอกชายฝั่ง (Offshore Wind) เป็นที่แพร่หลายในจีน สหราชอาณาจักร เยอรมนี เนเธอร์แลนด์ และเดนมาร์ค

รูปที่ 4 แสดงสถานการณ์พลังงานลมทั้งหมด (Offshore + Onshore) ในปัจจุบันแหล่งที่มา: https://bit.ly/3VTJNjw

รูปที่ 5 แสดงข้อมูล (MW) พลังงานจากลมประเภทนอกชายฝั่ง (Offshore Wind) ทั่วโลกในปี 2023แหล่งที่มา: International Renewable Energy Agency (IRENA)

รูปที่ 6 แสดงข้อมูล (MW) พลังงานจากลมประเภทบนฝั่ง (Onshore Wind) ทั่วโลกในปี 2023แหล่งที่มา: International Renewable Energy Agency (IRENA) เมื่อมองในมิติด้านราคาต่อ MW ตั้งแต่อดีตถึงปัจจุบันจากข้อมูล BloombergNEF จะเห็นว่าช่วงปี 1985 – 2010 เป็นระยะเวลา 25 ปี ราคามีแนวโน้มลดลงอย่างต่อเนื่อง จากเทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นและการขยายโครงสร้างพื้นฐาน ถึงแม้ว่าราคาเพิ่มขึ้นบางช่วงเวลาจากการเพิ่มขึ้นของอุปสงค์และราคาสินค้าโภคภัณฑ์ทั่วโลกโดยเฉพาะในประเทศจีน การประมูลที่มีการไล่ราคา รวมถึงปัญหาข้อจำกัดด้านห่วงโซ่การผลิตที่เกิดขึ้น แต่แนวโน้มราคาก็ยังคงลดลงอย่างต่อเนื่อง

รูปที่ 7 แสดงข้อมูลราคาพลังงานลม (Onshore) ต่อ MW ทั่วโลกและปัจจัยขับเคลื่อนราคาต้นทุนในแต่ละช่วงปีแหล่งที่มา: BloombergNEF

กรณีศึกษาของสกอตแลนด์และโปรตุเกส

จากเหตุการณ์โลกเดือดที่ชัดเจนขึ้นในช่วงนี้ เมื่อลองศึกษาประเทศที่มีการใช้พลังงานหมุนเวียน 100% จึงได้ทราบว่าเมื่อช่วงปลายปีที่ผ่านมา โปรตุเกสได้สร้างความประทับใจให้วงการพลังงานโลกด้วยการใช้พลังงานหมุนเวียน 100% ติดต่อกันนานถึง 6 วัน (ตั้งแต่วันที่ 31 ตุลาคมถึง 6 พฤศจิกายน 2566) สามารถส่งเสริมการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียนได้ถึง 1,102 กิกะวัตต์ชั่วโมง (GWh) ซึ่งมากกว่าความต้องการใช้ไฟฟ้าภายในประเทศที่ 840 GWh และยังสามารถขายไฟฟ้าส่วนเกินให้กับประเทศข้างเคียงได้ ซึ่งปัจจุบันประเทศโปรตุเกส มีการใช้พลังงานจากก๊าซธรรมชาติ อยู่ที่ร้อยละ 21 นำเข้าจากประเทศอื่นร้อยละ 23 มีการใช้พลังงานหมุนเวียนร้อยละ 56 แบ่งเป็นลมร้อยละ 24 น้ำร้อยละ 18 แสงอาทิตย์ร้อยละ 8 และชีวมวลร้อยละ 6 พลังงานลมส่วนใหญ่เป็นการติดตั้งบนบก และมีประเภทที่ติดตั้งในทะเลเพียงที่เดียวเท่านั้นคือ WindFloat Atlantic ซึ่งเป็นโครงการนำร่องพลังงานลมลอยน้ำ (Floating Offshore Wind Farm) ขนาด 25 เมกะวัตต์ ประกอบกังหันลมของบริษัทสัญชาติเดนมาร์ค Vestas ขนาด 8.4 MW จำนวน 3 เครื่อง ซึ่งติดตั้งบนแพลตฟอร์มลอยน้ำ และยึดกับพื้นทะเลลึกประมาณ 100 เมตรด้วยโซ่ ทั้งสามกังหันลมเชื่อมต่อกับสถานีไฟฟ้าบนฝั่งโปรตุเกสที่เมือง Viana Do Castelo ด้วยสายเคเบิลใต้น้ำที่มีความยาวประมาณ 20 กิโลเมตร โดยโครงการนี้ได้เริ่มดำเนินการในปี 2020 และออกแบบให้สามารถผลิตไฟฟ้าได้อย่างต่อเนื่องเป็นเวลา 25 ปี ซึ่งในปี 2023 โครงการนี้มีการผลิตไฟฟ้าได้มากถึง 80 GWh เพื่อจ่ายไฟฟ้าทั้งปีให้กับบ้านอยู่อาศัยชาวโปรตุเกสจำนวน 25,000 ครัวเรือน และลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้ปีละ 33,000 ตัน ด้านแผนการผลิตไฟฟ้าในระยะยาว ประเทศโปรตุเกสได้มีการกำหนดการรื้อถอนโรงไฟฟ้าที่ใช้ก๊าซธรรมชาติทั้งหมดภายในปี พ.ศ. 2583 และกำหนดการใช้พลังงานลมนอกชายฝั่งไว้เพิ่มเติมในแผนการผลิตไฟฟ้าและภูมิอากาศของประเทศในช่วงปี 2021-2030 (PNEC2023) เพื่อส่งเสริมสิ่งแวดล้อมที่ยั่งยืนและลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิล

รูปที่ 8 โครงการ WindFloat Atlantic ซึ่งเป็นโครงการนำร่องพลังงานลมลอยน้ำที่ประเทศโปรตุเกสแหล่งที่มา: https://www.windfloat-atlantic.com/windfloat-atlantic-closes-2023-reaching-80-gwh/ เอ๊ะ ไหนเค้าว่าพลังงานลมไม่สามารถพึ่งพาได้นี่ แล้วทำไมประเทศโปรตุเกสสามารถนำพลังงานลมมาใช้งานมากที่สุด อ๋อความลับอยู่ที่การนำระบบกักเก็บพลังงานมาใช้งานควบคู่กับพลังงานหมุนเวียนไงล่ะครับ หนึ่งในโครงการที่โดดเด่นของประเทศนี้คือ Tâmega ของบริษัท Iberdrola ที่ใช้พลังน้ำแบบสูบกลับ (Pumped Hydro) ที่มีขนาด 1,158 MW ควบคู่กับฟาร์มกังหันลม 2 แห่งขนาด 300 MW ทำให้เป็นหนึ่งในระบบกักเก็บพลังงานขนาดใหญ่ที่สุดในยุโรป และมีข่าวจะสร้างระบบกักเก็บพลังงานที่ 168.6 MW ในอนาคตอีกด้วยนะครับ

รูปที่ 9 แสดงข้อมูลจำนวน MW ของโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบสูบกลับทั่วโลกในปี 2023แหล่งที่มา: International Renewable Energy Agency: IRENA ผู้เขียนได้รวบรวมข้อมูลพลังงานน้ำแบบสูบกลับ (Pumped Hydro) ทั่วโลกในปี 2023 จาก International Renewable Energy Agency (IRENA) และแสดงผลในรูปแบบของ Power Bi ทำให้เราเห็นว่าทวีปเอเชียมีการใช้พลังงานน้ำแบบสูบกลับมากที่สุด รองลงมาเป็นทวีปยุโรปโดย 5 ประเทศที่มีการใช้พลังงานน้ำแบบสูบกลับมากที่สุดอยู่ที่ ประเทศจีน ประเทศญี่ปุ่น ประเทศสหรัฐอเมริกา ประเทศเยอรมนี ประเทศอินเดีย ตามลำดับ ซึ่งข้อมูลแผนที่ด้านขวาของรูปด้านบนบอกเราว่าทวีปยุโรปมีมากกว่า 10 ประเทศที่มีการใช้โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบสูบกลับเพื่อบริหารพลังงานในแต่ละช่วงเวลา สำหรับในประเทศไทยโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับมีที่เขื่อนลำตะคองชลพัฒนาที่ใช้งานควบคู่กับพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับประเทศสกอตแลนด์เป็นอีกหนึ่งประเทศที่มีการใช้พลังงานลมอย่างแพร่หลาย โดยเฉพาะการพัฒนากังหันลมนอกชายฝั่งที่ได้รับการยอมรับในระดับโลก โดยในช่วงปลายเดือนมีนาคม 2567 มีการนำระบบชาร์จไฟฟ้าและเชื้อเพลิงไฮโดรเจนมาใช้กับเรือที่เข้าบริการพื้นที่กังหันลมอีกด้วย ซึ่งเป็นแนวคิดที่ดีสำหรับทดแทนเรือที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลมายาวนาน

รูปที่ 10 แสดงทุ่น Oasis Hydrogen และเรือจำลอง O.S. Energy ในระหว่างการสาธิตแหล่งที่มา: https://www.offshore-energy.biz/scottish-firm-demonstrates-offshore-hydrogen-bunkering-solution/

พลังงานลมนอกชายฝั่งกุญแจสำคัญสู่การใช้พลังงานหมุนเวียน 100%

ต้องเรียนท่านผู้อ่านเพิ่มเติมอีกเรื่องหนึ่ง ไม่ว่าเราจะสร้างโรงไฟฟ้าเชื้อเพลิงใด ๆ ก็ตาม สิ่งสำคัญที่เป็นปัจจัยหลักก็คือเรื่องการเลือกสถานที่ติดตั้ง ตัวอย่างโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีการส่งเสริมในประเทศไทยในช่วงแรกในลักษณะการติดตั้งบนพื้นดิน เนื่องจากต้องการให้ได้ปริมาณการผลิต (MW) ในปริมาณมาก หลังจากนั้นพลังงานแสงอาทิตย์เริ่มมีราคาถูกลงและการติดตั้งง่ายขึ้น การส่งเสริมจึงมุ่งสู่การติดตั้งบนหลังคาเพื่อผลิตไฟฟ้าใช้เองเป็นหลัก ก่อนขายไฟฟ้าให้การไฟฟ้า ลักษณะการดำเนินการดังกล่าวทำให้ผู้ผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายเรื่องพื้นที่ติดตั้ง และไม่เป็นการแย่งพื้นที่กิจกรรมอื่นที่ดำเนินการอยู่เดิม เช่น พื้นที่เกษตรกรรม พื้นที่อยู่อาศัย เป็นต้น จากข้อมูลของประเทศเกาหลีใต้ มีกฏหมายและการอนุญาตที่จำเป็นสำหรับการพัฒนาโครงการกังหันลมนอกชายฝั่งซึ่งมีประมาณ 20 หัวข้อตามรายละเอียดในรูปด้านล่าง

รูปที่ 11 แสดงกฏระเบียบและการอนุญาตที่จำเป็นเกี่ยวข้องกับการพัฒนาโครงการกังหันลมนอกชายฝั่งของประเทศเกาหลีแหล่งที่มา: https://gwec.net/gwecs-global-offshore-wind-report-2023/ หลายประเทศในยุโรปเริ่มมีการลงทุนติดตั้งกังหันลมนอกชายฝั่งมากขึ้น ล่าสุดในเดือนพฤษภาคม 2567 บริษัทผลิตไฟฟ้ารายใหญ่ที่สุดในประเทศเยอรมนี RWE ได้ตัดสินใจสร้างฟาร์มกังหันลม 2 แห่งนอกชายฝั่งเยอรมนีในทะเลเหนือ ซึ่งจะสร้างห่างจากเกาะจูสต์ประมาณ 50 กิโลเมตร ขนาด 1.6 GW โดยแบ่งโครงการออกเป็น 2 ระยะ ในเฟสแรกจะเริ่มก่อสร้างภายในปี 2568 และมีกำหนด COD ในปี 2570 สำหรับเฟสที่สองคาดว่าจะเริ่มก่อสร้างในปี 2570 และ COD ในต้นปี 2572 โดยโครงการนี้มีแผนจะจ่ายไฟฟ้าให้ลูกค้าอุตสาหกรรมเป็นหลัก รวมถึงผู้ให้บริการศูนย์ข้อมูล (Data Center) ซึ่งมีความต้องการใช้ไฟฟ้าสะอาด (Clean Energy)นอกจากนั้น RWE ยังวางแผนเพิ่มกำลังการผลิตพลังงานลมนอกชายฝั่งเป็นสามเท่าเป็น 10 GW ภายในสิ้นทศวรรษนี้ ถึงแม้ว่าปัจจุบันการพัฒนาโครงการกังหันลมนอกชายฝั่งมีความท้าทายอย่างมากในด้านห่วงโซ่อุปทาน รวมถึงราคาต้นทุนอุปกรณ์ต่างๆ ที่เพิ่มสูงขึ้น ส่งผลให้มีการระงับโครงการลมนอกชายฝั่งบางโครงการในสหราชอาณาจักร และสหรัฐอเมริกา

รูปที่ 12 แสดงแผนการลงทุนโรงไฟฟ้าพลังงานลมจากผู้ผลิตรายใหญ่ของเยอรมันแหล่งที่มา: BloomBergNEF

แนวทางการดำเนินการกับโรงไฟฟ้าพลังงานลมที่ใช้งานมานาน

ในขณะที่ประเทศไทยเดินหน้าในการรับซื้อไฟฟ้าจากพลังงานลมมาอย่างต่อเนื่อง จะดีแค่ไหนถ้ากังหันลมได้รับการฟื้นฟูให้กลับมามีชีวิตชีวา หลังจากที่ใช้งานมานานและมีการเสื่อมสภาพตามกาลเวลา ซึ่งไม่เพียงแต่ส่งผลให้เกิดประสิทธิภาพในการผลิตไฟฟ้าที่ดีขึ้นเท่านั้น แต่ยังช่วยลดต้นทุนการพัฒนาพื้นที่ใหม่เพื่อก่อสร้างโครงการและปัญหาการแข่งขันแย่งชิงที่ดินที่อาจเป็นอุปสรรคในการพัฒนาโครงการในอนาคตอีกด้วย สำหรับกังลมรุ่นเก่าในต่างประเทศ อุปกรณ์หลักๆ ที่มักคำนึงถึงเป็นอันดับแรกๆ เมื่อต้องทำการปรับปรุงประสิทธิภาพ ได้แก่ ใบพัดกังหันลม (Rotor Blades) ที่ทำหน้าที่จับพลังงานลมมากน้อยตามความยาวของใบพัด อุปกรณ์เกียร์บ็อกซ์ (Gearboxes) และระบบส่งกำลัง (Drive Train) ที่ทำหน้าที่ส่งกำลังและเชื่อมต่อระหว่างใบพัดกังหันและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เมื่อใช้งานนานๆ อุปกรณ์เหล่านี้จะเกิดการสึกหรอ ดังนั้นหากทำการเปลี่ยน จะส่งผลให้ประสิทธิภาพดีชึ้น นอกจากนั้นเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (Generators) ที่ควรอัพเกรดเป็นรุ่นใหม่ขึ้นเพื่อช่วยให้สามารถผลิตไฟฟ้าได้มากขึ้น ระบบควบคุมทิศทางโรเตอร์ (Yaw System) และระบบควบคุมมุมใบพัดโรเตอร์ (Pitch System) ที่ช่วยในเรื่องการปรับทิศทางและมุมของโรเตอร์ให้สามารถผลิตไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด ถ้ามีการอัพเกรดก็จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ

ความเห็นของผู้เขียน

จากข้อมูลทั้งหมดที่รวบรวมมา ทำให้มองเห็นภาพของการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานลมทั่วโลกที่มักจะตั้งในบริเวณที่มีกระแสลมที่เหมาะสมโดยไม่แรงหรือไม่เบาจนเกินไปสำหรับการผลิตไฟฟ้า การใช้พลังงานลมอย่างเกิดประโยชน์สูงสุดมักมีเทคโนโลยีประเภทอื่นที่คอยสนับสนุน เช่น โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบสูบกลับ เช่น ที่ประเทศโปรตุเกส ซึ่งนำมาใช้ร่วมกับพลังงานลม ดังนั้นอนาคตของการพัฒนาโครงการพลังงานทดแทนให้มีเสถียรภาพจำเป็นต้องคู่กับการใช้เทคโนโลยีระบบกักเก็บพลังงาน ซึ่งมีหลายประเภททั้งแบบกายภาพ เช่น โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบสูบกลับ หรือแบบเคมี เช่น แบตเตอรี่ ดังนั้นการเลือกใช้งานจึงขึ้นอยู่กับแต่ละสถานการณ์และต้นทุนราคาที่เหมาะสม

ที่มา : https://www.erc.or.th/th/energy-articles/3070

Thailand IoT Platform

วิวัฒนาการและความท้าทายของพลังงานลม จากอดีตสู่อนาคต

กรณีศึกษาของสกอตแลนด์และโปรตุเกส

พลังงานลมนอกชายฝั่งกุญแจสำคัญสู่การใช้พลังงานหมุนเวียน 100%

แนวทางการดำเนินการกับโรงไฟฟ้าพลังงานลมที่ใช้งานมานาน

ความเห็นของผู้เขียน

Trending IT Solutions Blog

3 ข้อมูลสำคัญของไลน์ผลิต เพิ่ม Productivity

Industry 5.0 แนวคิดอุตสาหกรรมยุคใหม่

เทคโนโลยี กรณีศึกษา และความท้าทายในยุคปัจจุบันของพลังงานลม

ประชุม THAICID ครั้งที่ 17

Contact Us

Get updates

Line : @itthiritiot