การประยุกต์ใช้แหล่งความร้อนใต้พิภพ
ปัจจุบัน
เทคโนโลยีในการพัฒนาแหล่งพลังงาน ความร้อนใต้พิภพได้มีความก้าวหน้าขึ้นมาก
เนื่องจากมีการวิจัยอย่างจริงจังของประเทศต่างๆ
ที่พยายามค้นคว้าเพื่อการเพิ่มปริมาณการผลิตพลังงานความร้อนใต้พิภพเพื่อชดเชย
กับปริมาณน้ำมันที่กำลังขาดแคลน การศึกษาส่วนใหญ่มุ่งที่จะนำความร้อนที่ได้จากความร้อนใต้พิภพมาใช้ในการผลิต
กระแสไฟฟ้า
อุณหภูมิของน้ำและไอร้อนที่เหมาะสำหรับนำมาใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าควรจะมีอุณหภูมิสูงกว่า
180 องศาเซลเซียส และมีความดันประมาณ 10 บรรยากาศ สามารถนำมาแยกไอน้ำร้อนไปหมุนกังหันผลิตไฟฟ้าได้โดยตรง
แต่ถ้าอุณหภูมิของน้ำร้อนมีอุณหภูมิในระดับปานกลางคือ อยู่ต่ำกว่า 180 องศาเซลเซียสการนำน้ำร้อนไปประยุกต์ใช้ต้องอาศัยสารทำงาน (Working
fluid) ซึ่งมีจุดเดือดต่ำ เช่น Freon, Amonia หรือ
Isobutane เป็นตัวรับความร้อนจากน้ำร้อน
เมื่อสารทำงานดังกล่าวได้รับความร้อนจะเปลี่ยนสภาพเป็นไอและมีความดันสูงขึ้นจนสามารถหมุนกังหันผลิตกระแสไฟฟ้าได้
ซึ่งเรียกโรงไฟฟ้าชนิดนี้ว่าโรงไฟฟ้าระบบ 2 วงจรได้มีการวิจัยในโครงการพัฒนาพลังงานความร้อนขึ้นในประเทศสหรัฐอเมริกาโดยทดลองเจาะในบริเวณ
Fenton Hill ที่ความลึก 2,758 เมตร
พบหินร้อนมีอุณหภูมิ 185 องศา-เซลเซียส
ซึ่งหินร้อนที่พบมีสภาพเป็นหินแข็ง ไม่มีรูพรุน น้ำ ไม่สามารถซึมผ่านได้
และไม่เป็นแหล่งกักเก็บน้ำร้อน แต่ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี
สามารถสร้างแรงอัดภายใน เนื้อหินข้างใต้จนแตกเป็นรูพรุนกว้างพอที่จะเป็นแอ่งที่ใช้
กักเก็บน้ำใต้ดิน จากนั้นได้ทำการปั้มน้ำเย็นลงในแอ่งข้างใต้ที่สร้างขึ้น
น้ำเย็นในแอ่งจะได้รับการถ่ายเทความร้อนจาก หินร้อนที่มีอุณหภูมิสูง
จนน้ำมีอุณหภูมิสูงขึ้นและขยายตัวกลายเป็นไอน้ำเดือดพุ่งขึ้นมาสู่บนผิวโลกทางรูเจาะ
ซึ่ง สามารถนำไอน้ำเดือดไปใช้การผลิตกระแสไฟ
สำหรับประเทศไทยได้มีการประยุกต์ใช้พลังงานความร้อนจากความร้อนใต้พิภพในการผลิตกระแสไฟฟ้าเป็นแห่งแรกของภาคพื้นเอเซียที่
บ่อน้ำพุร้อน อำเภอฝาง จังหวัดเชียงใหม่
โดยการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทยได้ร่วมมือกับกรมทรัพยากรธรณีและมหาวิทยาลัยเชียงใหม่ดำเนินการสำรวจศักยภาพของการพัฒนาแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพตั้งแต่ปี
พศ.2521 พบว่าน้ำร้อนจากหลุมเจาะระดับตื้นที่อำเภอฝาง
มีความเหมาะสมต่อการนำมาผลิตกระแสไฟฟ้า ด้วยระบบ 2 วงจร
ขนาดกำลังผลิต 300 กิโลวัตต์ ดังนั้น ปี พศ.2531 จึงมีการติดตั้งเครื่องกำเหนิดไฟฟ้าระบบ 2 วงจร
ขนาดกำลังผลิต 300 กิโลวัตต์ขึ้น
ซึ่งสามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้ ถึงปีละประมาณ 1.2 ล้านหน่วย
ซึ่งเครื่องผลิตกระแสไฟฟ้าจาก พลังงานความร้อนใต้พิภพในรูป
เครื่องผลิตกระแสไฟฟ้าจากพลังงานความร้อนใต้พิภพ
วัฎจักรการนำความร้อนใต้พิภพมาใช้งานเพื่อผลิตไฟฟ้า
ลักษณะการทำงานของระบบนี้คือ
นำความร้อนที่ได้จาก
ความร้อนใต้พิภพจะถูกน้ำมาแลกเปลี่ยนความร้อนกับสารทำงานที่มีจุดเดือดต่ำๆ
โดยที่สารทำงานและความร้อนใต้พิภพ จะไม่สัมผัสกันโดยตรง
เมื่อสารทำงานได้รับความร้อนจะทำให้เกิดการเดือดและกลาย
เป็นไอไปหมุนกังหันไฟฟ้าจากนั้นไอจะถูกทำให้เย็นตัวลงและกลายเป็นของเหลว
ไหลกลับไปแลก เปลี่ยนความร้อนกับความร้อนใต้พิภพอีกครั้งซึ่งจะทำงานเป็นวัฎจักร
หลังจากของไหลร้อนจากความร้อนใต้พิภพไหลแลกเปลี่ยนความร้อนกับสารทำงานแล้วจะถูกส่งกลับ
คืนใต้ดินดังเดิม เพื่อป้องกันการ ทรุดตัวของโครงสร้างดิน ข้อดีของระบบนี้ก็คือ ไม่มีมลพิษทางอากาศ
ปัจจุบัน
โรงงานผลิตกระแสไฟฟ้าที่ผลิตจากพลังงานความร้อนใต้พิภพที่มี 3 ประเภท ดังนี้
1.โรงไฟฟ้าแบบ
Dry Steam
โรงงานผลิตกระแสไฟฟ้าจากไอน้ำ หรือ Dry Steam คือ
คือโรงงานผลิตกระแสไฟฟ้าจากพลังงานความร้อนใต้พิภพชนิดแรกที่ถูกสร้างขึ้น โรงไฟฟ้านี้จะผลิตกระแสไฟฟ้าจากไอระเหยของน้ำร้อนเข้าสู่เครื่องผลิตกระแส
ไฟฟ้าโดยตรง ยกตัวอย่างโรงไฟฟ้าชนิดนี้ ได้แก่ โรงไฟฟ้าไกเซอร์ส ที่ภูเขามายาคามัส
ทางตอนเหนือของรัฐแคลิฟอร์เนีย ประเทศสหรัฐอเมริกา
2.โรงไฟฟ้าแบบ Flash
Steam
โรงไฟฟ้าระบบนี้เป็นที่นิยมอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน
โรงไฟฟ้าระบบนี้จะใช้น้ำร้อนที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 360 องศาฟาเรนไฮต์
(ราว 182 องศาเซลเซียส)
ที่ถูกส่งไปยังเครื่องผลิตกระแสไฟฟ้าบนผิวโลก เมื่อน้ำถึงเครื่องผลิตไฟฟ้า
น้ำจะมีอุณหภูมิลดลงและถูกแปรสภาพเป็นไอน้ำ ที่จะเป็นพลังงานให้กับกังหัน หรือเครื่องผลิตกระแสไฟฟ้า
ส่วนน้ำที่หลงเหลืออยู่จะถูกส่งกลับไปยังบ่อน้ำร้อนตามเดิม
ยกตัวอย่างโรงไฟฟ้าชนิดนี้ได้แก่ โรงไฟฟ้าในเขตภูเขาไฟโคโซ ที่อินโย เคาน์ตี้
รัฐแคลิฟอร์เนีย ประเทศสหรัฐอเมริกา
3. โรงไฟฟ้าแบบ Binary
Cycle
โรงไฟฟ้าแบบนี้จะแตกต่างจาก 2 ระบบก่อนหน้านี้
เนื่องจากไอน้ำจากบ่อน้ำร้อน จะไม่ถูกส่งมายังกังหัน หรือ เครื่องผลิตกระแสไฟฟ้า
ระบบนี้ น้ำจากบ่อน้ำร้อนจะถูกใช้เพื่อสร้างใช้การส่งผ่านความร้อนแก่ “สารทำงาน” (working fluid) อีกตัวที่จะระเหย
และใช้เพื่อเป็นพลังงานแก่กังหัน/เครื่องผลิตกระแสไฟฟ้า น้ำร้อนและสารทำงานจะถูกเก็บในระบบไหลเวียน
หรือ ท่อที่ปิดสนิท ที่แยกกัน และไม่มีทางมาผสมกัน
ข้อดีของระบบนี้คือ
สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าจากน้ำที่อุณหภูมิต่ำกว่า 2 แบบแรก (ตั้งแต่ 225 องศาฟาเรนไฮต์
ถึง 360 องศาฟาเรนไฮต์)
โดยใช้สารทำงานที่มีจุดเดือดต่ำกว่าน้ำ นอกจากนี้
โรงไฟฟ้าระบบนี้ยังไม่ปล่อยมลพิษสู่ชั้นบรรยากาศอีกด้วย
ยกตัวอย่างโรงไฟฟ้าชนิดนี้ได้แก่ โรงไฟฟ้าใน คาซ่า เดียโบล ฮ็อต สปริง ที่โมโน
เคาน์ตี้ รัฐแคลิฟอร์เนีย ประเทศสหรัฐอเมริกา
ในปัจจุบันหลายประเทศกำลังศึกษา
วิจัยและพัฒนาการนำพลังงานความร้อนใต้พิภพในระบบ หินร้อนแห้ง (Hot Dry Rock) มาใช้
ซึ่งพลังงานความร้อนมาจากหินอัคนีที่สามารถกักเก็บความร้อนมาก แต่เป็นหินเนื้อแน่น
ไม่มีรอยแตกและไม่มีน้ำร้อนเก็บกักอยู่ โดยการเจาะหลุมลงไปอย่างน้อย 2 หลุม ทำให้หินเกิดรอยแตก อาจโดยวิธีการระเบิดหรืออัดน้ำที่มีความดันสูงลงไป
และอัดน้ำเย็นตามลงไปซึ่งความร้อนที่มีอยู่ในหินจะทำให้น้ำร้อนขึ้น
และไหลเวียนยู่ในรอยแตก ส่วนหลุมที่สองเจาะเพื่อสูบน้ำร้อนขึ้นมาใช้
โดยการเจาะตัดแนวรอยแตก
หากการวิจัยนี้ประสบความสำเร็จจะเป็นการเปิดมิติใหม่ในการนำพลังงานความร้อนใต้พิภพมาใช้ประโยชน์
โดยทั่วไป ผลพลอยได้จาก
การผลิตกระแสไฟฟ้าคือ น้ำร้อน ที่ยังมีอุณหภูมิสูงประมาณ 80 องศาเซลเซียส
จะสามารถ นำมาใช้ในการอบผลิตภัณฑ์ทางการเกษตร เช่น ใช้สำหรับการอบแห้งใบยาสูบ
อบแห้งอาหาร หรือพืชสมุนไพร ซึ่งจะสามารถใช้แทนพลังงานความร้อนที่ได้จากถ่านฟืน
ได้มีการศึกษาถึงการนำความร้อนใต้พิภพมาใช้ในการอบแห้งที่บ่อน้ำพุร้อน
อำเภอสันกำแพง จังหวัดเชียงใหม่
โดยการนำน้ำร้อนมาผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเทอร์โมไซฟอน
เพื่อใช้ในการอุ่นอากาศก่อนเข้าห้องอบแห้ง อากาศที่ได้หลังจากผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจะเป็นอากาศร้อนปราศจากความชื้นมีอุณหภูมิ
อยู่ระหว่าง 60-75 องศาเซลเซียส
ซึ่งสามารถใช้กับการอบพืชหมุนไพรได้เป็นอย่างดี
นอกจากนี้
ยังสามารถนำความร้อนที่ยังคงเหลือ นำไปใช้สำหรับให้ความอบอุ่นเพื่อการเพาะพันธุ์ไม้หรือเพาะพันธุ์ไหมเพื่อเพิ่มคุณภาพและผลผลิตไหมไทยให้ดียิ่งขึ้น
น้ำร้อนที่เย็นตัวลงหลังจากการใช้ประโยชน์จากการผลิต กระแสไฟฟ้า
หรือจากโรงงานอุตสาหกรรม ยังสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้ในเชิงการเกษตร
เนื่องจากเป็นน้ำค่อนข้าง บริสุทธิ์เพราะเกิดจากการควบแน่นของไอน้ำ
การประยุกต์ใช้ความร้อนใต้พิภพ
แหล่งน้ำพุร้อนหลายแห่งได้ถูกพัฒนาเป็นแหล่งท่องเที่ยวและนันทนาการ
โดยเฉพาะพัฒนาเป็นแหล่งท่องเที่ยวเชิงสุขภาพ เนื่องจากความเชื่อที่ว่าการอาบ
หรือแช่น้ำพุร้อนจะทำให้สุขภาพดีขึ้น สามารถบรรเทาอาการบางอย่างที่เป็นสาเหตุของโรคร้ายต่างๆ
ได้ เช่น โรคความดันโลหิต อาการปวดกระดูก ไขข้อเสื่อมหรืออักเสบ
โรคระบบทางเดินหายใจ โรคผิวหนัง ริดสีดวงทวาร เป็นต้น
และถือเป็นการรักษาทางการแพทย์รูปแบบหนึ่งที่เรียกว่าวารีบำบัด (Water
Therapy) ซึ่งความเชื่อนี้มีมาก่อนที่คำว่า ESPA ซึ่งเป็นรากศัพท์ภาษาเบลเยี่ยม และถูกเปลี่ยนมาเป็นคำว่า SPA
(Salus per Acquam) ในอังกฤษ
โดยน้ำที่มีอุณหภูมิสูงพอเหมาะจะช่วยเพิ่มการไหลเวียนของโลหิต
มีผลต่อการผ่อนคลายความตึงเครียดของกล้ามเนื้อ
ขยายรูขุมขนทำให้แร่ธาตุไหลเข้าไปตาม รูขุมขน จึงชะล้างสิ่งสกปรกในผิวหนังออกได้ดี
ในประเทศจีนมีการใช้ประโยชน์น้ำพุร้อนเพื่อการอาบและซักล้างอย่างแพร่หลายมากกว่า 2,000
ปีแล้ว
ในหลายประเทศมีการพัฒนาแหล่งน้ำพุร้อนในเมืองเพื่อเป็นแหล่งท่องเที่ยวเชิงสุขภาพ
เช่น เมืองบาร์ธ (Bath) ประเทศอังกฤษ เมืองโรโตรัว
ประเทศนิวซีแลนด์ เป็นต้น
การใช้ประโยชน์จากน้ำพุร้อนเช่นนี้มีมาตั้งแต่สมัยโรมันแล้ว
ในหลายประเทศนิยมการแช่หรืออาบน้ำพุร้อนเนื่องจากบริเวณที่เกิดน้ำพุร้อนส่วนใหญ่จะใกล้กับภูเขาไฟ
หรือหินภูเขาไฟเก่า
จึงมีซัลเฟอร์หรือกำมะถันติดขึ้นมาซึ่งมีคุณสมบัติในการรักษาโรคผิวหนังได้
และยังมีแร่ธาตุที่มีคุณสมบัติในการรักษาโรคที่แตกต่างกันไป เช่น
น้ำพุร้อนคาร์บอเนต (Carbonate Springs) น้ำพุร้อนเกลือ (Salt
Springs) น้ำพุร้อนโซเดียมไฮโดรเจนคาร์บอเนต (Saltine Sodium
Hydrogen Carbonate Springs) อุณหภูมิน้ำพุร้อนที่เหมาะแก่การแช่หรืออาบจะอยู่ที่
40 องศาเซลเซียส ทั้งนี้ควรแช่น้ำพุร้อนวันละ 2-3 ครั้ง ครั้งละ 30 นาที โดยการชำระล้างร่างกาย 20
นาที และทำกายภาพบำบัดในน้ำพุร้อนอีก 10 นาที
และแร่ธาตุต้องใช้เวลาซึมผ่านรูขุมขนประมาณ 6-7 ชั่วโมง
ดังนั้นควรชำระร่างกายด้วยน้ำสะอาดหรือภายหลังจากอาบน้ำพุร้อนไปแล้ว 7 ชั่วโมง สระแช่น้ำแร่มีทั้งที่เป็นสระแช่ธรรมชาติ สระแช่เลียนแบบธรรมชาติ
หรือในลักษณะของสระว่ายน้ำทั้งที่เป็นสาธารณะและห้องแช่ส่วนตัว
ทั้งที่ตั้งอยู่กลางแจ้ง (Outdoor) และในร่ม (Indoor)
น้ำแร่เป็นน้ำบริสุทธิ์ที่เกิดขึ้นเองโดยธรรมชาติ
มีแร่ธาตุประกอบมากกว่าน้ำธรรมดาซึ่งเป็นคุณสมบัติตามสภาพทางธรณีวิทยาของแหล่งน้ำนั้นๆ
ซึ่งเป็นที่ยอมรับกันทั่วไปทั้งยุโรป สหรัฐอเมริกา
และเอเชียว่าน้ำแร่จากน้ำพุร้อนมีแร่ธาตุที่เป็นประโยชน์ต่อสุขภาพมากมาย
ในวงการเครื่องสำอางก็พยายามนำแร่ธาตุเหล่านี้ออกมาช่วยประทินผิว ให้ความชุ่มชื้นและปรับสภาพผิวส่วนชั้นนอกสุดที่เสื่อมสภาพ
น้ำแร่สำหรับจำหน่ายต้องเป็นน้ำแร่ธรรมชาติ
ไม่ผ่านกรรมวิธีที่จะทำให้คุณสมบัติทางเคมีของน้ำแร่เปลี่ยนไปจากเดิม
ทั้งนี้อนุญาตให้เติมก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ หรือก๊าซโอโซนได้
แต่ต้องเติมเพียงชนิดใดชนิดหนึ่งเท่านั้น
ต้องมีความสะอาดปราศจากแบคทีเรียที่ให้โทษต่อร่างกาย หรือสิ่งที่เป็นพิษ
น้ำแร่โดยปกติจะมีปริมาณสารพวกโลหะหนักอยู่น้อยมาก หากมีมากแสดงว่ามีการปนเปื้อน
อันอาจติดมาตามเครื่องมือเครื่องใช้ในการผลิตแร่ธาตุใต้ดินมีทั้งที่ไม่ส่งผล
และส่งผลเสียต่อร่างกาย จึงต้องมีการตรวจสอบก่อนว่าแร่ที่ปนมานั้นเป็นพิษต่อร่างกายหรือไม่
โดยจะมีมาตรฐานกำหนด คือ Codex (มาตรฐานอาหารระหว่างประเทศ)
เป็นมาตรฐานในการกำหนดการตรวจสอบ
เนื่องจากแร่ธาตุในน้ำแร่นั้นมีมากมายหลายชนิดทั้งที่มีประโยชน์และมีโทษ เช่น
ไซยาไนด์ ไนเตรท ไนไตรต์ สารหนู ฟลูออรีน โบรอน ไอโอดีน โมลิบดินัม แวนนาเดียม
ซีลีเนียม โครเมียม แร่ธาตุเหล่านี้อาจติดมากับน้ำแร่เองตามธรรมชาติ
ซึ่งหากมีปริมาณมากอาจเป็นพิษต่อร่างกายได้ ควรดื่มในเวลาที่ท้องว่าง
ดื่มทีละน้อยใช้เวลาดื่มน้ำ 30-50 นาที ในแต่ละครั้ง
ไม่ควรดื่มก่อนเวลานอนหลับ หากดื่มน้ำแร่ในปริมาณมากเกินไปจะไม่เป็นผลดีต่อสุขภาพ
เด็ก สตรีมีครรภ์และผู้เป็นโรคหัวใจไม่ควรดื่มน้ำแร่