พลังงานความร้อนใต้พิภพ
พลังงานความร้อนใต้พิภพ
คือ พลังงานธรรมชาติที่เกิดจากความร้อน ที่ถูกกักเก็บอยู่ภายใต้ผิวโลก (Geo = โลก, Thermal = ความร้อน) โดยปกติแล้วอุณหภูมิภายใต้ผิวโลกจะเพิ่มขึ้น ตามความลึก กล่าวคือยิ่งลึกลงไป อุณหภูมิจะยิ่งสูงขึ้น และในบริเวณส่วนล่างของ ชั้นเปลือกโลก (Continental Crust) หรือที่ความลึกประมาณ 25-30 กิโลเมตร อุณหภูมิจะมีค่าอยู่ในเกณฑ์เฉลี่ย ประมาณ 250 ถึง 1,000C ในขณะที่ตรงจุดศูนย์กลางของโลก อุณหภูมิอาจจะสูงถึง 3,500 ถึง 4,500 องศาเซลเซีส
พลังงานความร้อนใต้พิภพ มักพบในบริเวณที่เรียกว่า Hot Spots คือบริเวณที่มีการไหล หรือแผ่กระจาย ของความร้อน จากภายใต้ผิวโลกขึ้นมาสู่ผิวดินมากกว่าปกติ และมีค่าการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิตามความลึก (Geothermal Gradient) มากกว่าปกติประมาณ 1.5-5 เท่า เนื่องจากในบริเวณดังกล่าว เปลือกโลกมีการเคลื่อนที่ ทำให้เกิดรอยแตกของชั้นหิน ปกติแล้วขนาดของแนวรอยแตก ที่ผิวดินจะใหญ่และค่อยๆ เล็กลงเมื่อลึกลงไปใต้ผิวดิน และเมื่อมีฝนตกลงมาในบริเวณนั้น ก็จะมีน้ำบางส่วนไหลซึม ลงไปภายใต้ผิวโลก ตามแนวรอยแตกดังกล่าว น้ำนั้น จะไปสะสมตัว และรับความร้อนจากชั้นหิน ที่มีความร้อนจนกระทั่งน้ำกลายเป็นน้ำร้อนและไอน้ำ แล้วจะพยายามแทรกตัว ตามแนวรอยแตกของชั้นหิน ขึ้นมาบนผิวดิน และปรากฏให้เห็นในรูปของบ่อน้ำร้อน, น้ำพุร้อน, ไอน้ำร้อน, บ่อโคลนเดือด เป็นต้น
พลังงานความร้อนใต้พิภพ มักพบในบริเวณที่เรียกว่า Hot Spots คือบริเวณที่มีการไหล หรือแผ่กระจาย ของความร้อน จากภายใต้ผิวโลกขึ้นมาสู่ผิวดินมากกว่าปกติ และมีค่าการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิตามความลึก (Geothermal Gradient) มากกว่าปกติประมาณ 1.5-5 เท่า เนื่องจากในบริเวณดังกล่าว เปลือกโลกมีการเคลื่อนที่ ทำให้เกิดรอยแตกของชั้นหิน ปกติแล้วขนาดของแนวรอยแตก ที่ผิวดินจะใหญ่และค่อยๆ เล็กลงเมื่อลึกลงไปใต้ผิวดิน และเมื่อมีฝนตกลงมาในบริเวณนั้น ก็จะมีน้ำบางส่วนไหลซึม ลงไปภายใต้ผิวโลก ตามแนวรอยแตกดังกล่าว น้ำนั้น จะไปสะสมตัว และรับความร้อนจากชั้นหิน ที่มีความร้อนจนกระทั่งน้ำกลายเป็นน้ำร้อนและไอน้ำ แล้วจะพยายามแทรกตัว ตามแนวรอยแตกของชั้นหิน ขึ้นมาบนผิวดิน และปรากฏให้เห็นในรูปของบ่อน้ำร้อน, น้ำพุร้อน, ไอน้ำร้อน, บ่อโคลนเดือด เป็นต้น
โครงสร้างของโลก
ชั้นเปลือกโลก แบ่งออกเป็น 2 ส่วนคือ
1. เปลือกโลกส่วนบน (upper crust) หรือเรียกว่า ชั้นไซอัล (sial)
1. เปลือกโลกส่วนบน (upper crust) หรือเรียกว่า ชั้นไซอัล (sial)
2. เปลือกโลกส่วนล่าง (lower crust) หรือเรียกว่า ชั้นไซมา (sima)
ชั้นแมนเทิล สามารถแบ่งออกเป็น 2 ส่วนคือ
1. ชั้นแมนเทิลส่วนบน (upper mantle)
2. ชั้นแมนเทิลส่วนล่าง (lower mantle)
แกนโลก สามารถแบ่งออกเป็น 2 ชั้น คือ
1. แกนโลกชั้นนอก (outer core)
2. แกนโลกชั้นใน (inner core)
ชั้นแมนเทิล สามารถแบ่งออกเป็น 2 ส่วนคือ
1. ชั้นแมนเทิลส่วนบน (upper mantle)
2. ชั้นแมนเทิลส่วนล่าง (lower mantle)
แกนโลก สามารถแบ่งออกเป็น 2 ชั้น คือ
1. แกนโลกชั้นนอก (outer core)
2. แกนโลกชั้นใน (inner core)
1.ชั้นเปลือกโลก (earth Crust)
มีความหนาโดยเฉลี่ยประมาณ 6-70 กิโลเมตรหากเปรียบเทียบกับชั้นอื่นๆถือว่าเป็นชั้นที่บางที่สุดชั้นนี้ประกอบด้วยแผ่นดินและแผ่นน้ำ ส่วนที่หนาที่สุดคือบริเวณที่เป็นภูเขา ส่วนที่บางที่สุด คือบริเวณที่อยู่ใต้มหาสมุทร
เปลือกโลกยังสามารถแบ่งออกเป็น 2 ชั้น คือ
1.1 เปลือกโลกส่วนบน ส่วนใหญ่เป็นพื้นทวีปเรียกว่า ไซอัล (sial) เป็นหินแกรนิต ซึ่งเป็นเปลือกโลกที่เป็นเปลือกทวีป ส่วนใหญ่ประกอบด้วยสารประกอบซิลิกา (Silica) และ
อะลูมินา (Alumina)
1.2 เปลือกโลกส่วนล่าง ส่วนใหญ่เป็นพื้นมหาสมุทรเรียกว่า ไซมา (sima)
เป็นหินบะซอลต์ ซึ่งเป็นเปลือกโลกที่เป็นเปลือกท้องสมุทรและรองอยู่ใต้หินไซอัล หินไซมาประกอบด้วยสารประกอบซิลิกา (Silica) และแมกนีเซียม (Magnesium) เปลือกโลกมีลักษณะเป็นแผ่นหินแข็งต่อกันเหมือนกับภาพต่อ (jigsaw) ขนาดใหญ่ ซึ่งมีอยู่ประมาณ 13 แผ่น แต่ละแผ่นเรียกว่า แผ่นเปลือกโลก (plate)แผ่นเปลือกโลกที่อยู่ใต้ทะเลหรือมหาสมุทรเรียกว่า แผ่นมหาสมุทร(oceanic plate) จะมีความหนาน้อยกว่าแผ่นเปลือกโลกที่อยู่ใต้ทวีปเรียกว่า แผ่นทวีป (continental plate)
อะลูมินา (Alumina)
1.2 เปลือกโลกส่วนล่าง ส่วนใหญ่เป็นพื้นมหาสมุทรเรียกว่า ไซมา (sima)
เป็นหินบะซอลต์ ซึ่งเป็นเปลือกโลกที่เป็นเปลือกท้องสมุทรและรองอยู่ใต้หินไซอัล หินไซมาประกอบด้วยสารประกอบซิลิกา (Silica) และแมกนีเซียม (Magnesium) เปลือกโลกมีลักษณะเป็นแผ่นหินแข็งต่อกันเหมือนกับภาพต่อ (jigsaw) ขนาดใหญ่ ซึ่งมีอยู่ประมาณ 13 แผ่น แต่ละแผ่นเรียกว่า แผ่นเปลือกโลก (plate)แผ่นเปลือกโลกที่อยู่ใต้ทะเลหรือมหาสมุทรเรียกว่า แผ่นมหาสมุทร(oceanic plate) จะมีความหนาน้อยกว่าแผ่นเปลือกโลกที่อยู่ใต้ทวีปเรียกว่า แผ่นทวีป (continental plate)
2. ชั้นแมนเทิลเ(Mantle)
เป็นชั้นที่อยู่ระหว่างเปลือกโลกกับแก่นโลก มีความหนาประมาณ 2,885 กิโลเมตร มีส่วนประกอบเป็นหินและแร่ธาตุต่างๆหลายชนิดเช่น หินเริโดไทด์ หินอัลตราเบสิก ซึ่งเป็นหินอัคนีชนิดหนึ่ง ในความลึกประมาณ 70-260 กิโลเมตรหรือที่เรียกว่าชั้นแอสทีโนสเฟียร์ (Asthenosphere) ในชั้นนี้มีหินเหลวหนืดและร้อนจัดที่ประกอบด้วยธาตุต่างๆเช่น ซิลิกอน อะลูมิเนียม และธาตุเหล็กหลอมละลายปนกันอยู่ภายใต้ความดันและอุณหภูมิสูงมากประมาณ 800-4,300 องศาเซลเซียสและหินหนืดนี้สามารถเคลื่อนตัวไปมาในวงจำกัด อาจมีก๊าซและของแข็งรวมยู่ด้วย เรียกว่า แมกมา (Magma)เมื่อแทรกดันพุ่งออกสู่ผิวโลก เรียกว่า ลาวา (Lava) เมื่อเย็นและแข็งตัวจะเกิดเป็นหินอัคนี
เป็นชั้นที่อยู่ระหว่างเปลือกโลกกับแก่นโลก มีความหนาประมาณ 2,885 กิโลเมตร มีส่วนประกอบเป็นหินและแร่ธาตุต่างๆหลายชนิดเช่น หินเริโดไทด์ หินอัลตราเบสิก ซึ่งเป็นหินอัคนีชนิดหนึ่ง ในความลึกประมาณ 70-260 กิโลเมตรหรือที่เรียกว่าชั้นแอสทีโนสเฟียร์ (Asthenosphere) ในชั้นนี้มีหินเหลวหนืดและร้อนจัดที่ประกอบด้วยธาตุต่างๆเช่น ซิลิกอน อะลูมิเนียม และธาตุเหล็กหลอมละลายปนกันอยู่ภายใต้ความดันและอุณหภูมิสูงมากประมาณ 800-4,300 องศาเซลเซียสและหินหนืดนี้สามารถเคลื่อนตัวไปมาในวงจำกัด อาจมีก๊าซและของแข็งรวมยู่ด้วย เรียกว่า แมกมา (Magma)เมื่อแทรกดันพุ่งออกสู่ผิวโลก เรียกว่า ลาวา (Lava) เมื่อเย็นและแข็งตัวจะเกิดเป็นหินอัคนี
3. แก่นโลก (Core)
เป็นส่วนที่อยู่ชั้นในสุด มีความหนาประมาณ 3,440 กิโลเมตร ประกอบด้วยธาตุเหล็กและนิกเกิลเป็นส่วนใหญ่ มีแรงดันและอุณหภูมิที่มาก ในชั้นนี้ประกอบด้วยส่วนที่เป็นของแข็งละส่วนที่เป็นของเหลวที่ร้อนจัด
จึงแบ่งแก่นโลกออกเป็น 2 ชั้น คือ
3.1 แก่นโลกชั้นนอก ( Outer Core) เป็นชั้นที่ประกอบด้วยธาตุเหล็กและธาตุนิกเกิลในสภาพที่หลอมละลายและมีอุณหภูมิสูง ถึง 4,300-6,200 องศาเซลเซียส
3.2 แก่นโลกชั้นใน (Inter core)เป็นชั้นที่อยู่ใจกลางโลกซึ่งเป็นของแข็งประกอบด้วยธาตุเหล็กและนิกเกิล มีความกดดันมหาศาล อุณหภูมิสูงประมาณ 6,000องศาเซลเซียส
3.1 แก่นโลกชั้นนอก ( Outer Core) เป็นชั้นที่ประกอบด้วยธาตุเหล็กและธาตุนิกเกิลในสภาพที่หลอมละลายและมีอุณหภูมิสูง ถึง 4,300-6,200 องศาเซลเซียส
3.2 แก่นโลกชั้นใน (Inter core)เป็นชั้นที่อยู่ใจกลางโลกซึ่งเป็นของแข็งประกอบด้วยธาตุเหล็กและนิกเกิล มีความกดดันมหาศาล อุณหภูมิสูงประมาณ 6,000องศาเซลเซียส
แหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพที่พบในโลก
ความร้อนใต้พิภพที่พบในโลกแบ่งเป็นลักษณะใหญ่ๆได้ 3 ลักษณะคือ
ความร้อนใต้พิภพที่พบในโลกแบ่งเป็นลักษณะใหญ่ๆได้ 3 ลักษณะคือ
1. แหล่งที่เป็นไอน้ำส่วนใหญ่ (Steam Dominated) เป็นแหล่งกักเก็บความร้อนที่ประกอบด้วย ไอน้ำมากกว่า 95% โดยทั่วไปมักจะเป็น แหล่งที่มีความสัมพันธ์ใกล้ชิด กับหินหลอมเหลวร้อนที่อยู่ตื้นๆ อุณหภูมิของไอน้ำร้อนจะสูงกว่า 240 องศาเซลเซียส ขึ้นไป แหล่งที่เป็นไอน้ำส่วนใหญ่นี้ จะพบน้อยมากในโลกเรา
แต่สามารถนำมาใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าได้มากที่สุด เช่น The Geyser Field ในมลรัฐแคลิฟอร์เนีย ประเทศสหรัฐอเมริกา และ Larderello ในประเทศอิตาลี เป็นต้น
2. แหล่งที่เป็นน้ำร้อนส่วนใหญ่ (Hot Water Dominated) เป็นแหล่งกักเก็บสะสมความร้อนที่ประกอบไปด้วย น้ำร้อนเป็นส่วนใหญ่ อุณหภูมิน้ำร้อนจะมีตั้งแต่ 100 องศาเซลเซียส ขึ้นไป ระบบนี้จะพบมากที่สุดในโลก เช่นที่ Cerro Prieto ในประเทศเม็กซิโก และ Hatchobaru ในประเทศญี่ปุ่น เป็นต้น
3. แหล่งหินร้อนแห้ง (Hot Dry Rock) เป็นแหล่งสะสมความร้อน ที่เป็นหินเนื้อแน่น แต่ไม่มีน้ำร้อนหรือไอน้ำ ไหลหมุนเวียนอยู่ ดังนั้นถ้าจะนำมาใช้จำเป็นต้องอัดน้ำเย็นลงไปทางหลุมเจาะ ให้น้ำได้รับความร้อนจากหินร้อน โดยไหล หมุนเวียนภายในรอยแตกที่กระทำขึ้น จากนั้นก็ทำการสูบน้ำร้อนนี้ ขึ้นมาทางหลุมเจาะอีกหลุมหนึ่ง ซึ่งเจาะลงไป ให้ตัดกับรอยแตกดังกล่าว แหล่งหินร้อนแห้งนี้ กำลังทดลองผลิตไฟฟ้า ที่ มลรัฐแคลิฟอร์เนีย ประเทศสหรัฐอเมริกา และที่ Oita Prefecture ประเทศญี่ปุ่น
วัฎจักรการนำความร้อนใต้พิภพมาใช้งานเพื่อผลิตไฟฟ้า
ลักษณะการทำงานของระบบนี้คือ นำความร้อนที่ได้จาก ความร้อนใต้พิภพจะถูกน้ำมาแลกเปลี่ยนความร้อนกับสารทำงานที่มีจุดเดือดต่ำๆ โดยที่สารทำงานและความร้อนใต้พิภพ จะไม่สัมผัสกันโดยตรง เมื่อสารทำงานได้รับความร้อนจะทำให้เกิดการเดือดและกลาย เป็นไอไปหมุนกังหันไฟฟ้าจากนั้นไอจะถูกทำให้เย็นตัวลงและกลายเป็นของเหลว ไหลกลับไปแลก เปลี่ยนความร้อนกับความร้อนใต้พิภพอีกครั้งซึ่งจะทำงานเป็นวัฎจักร หลังจากของไหลร้อนจากความร้อนใต้พิภพไหลแลกเปลี่ยนความร้อนกับสารทำงานแล้วจะถูกส่งกลับ คืนใต้ดินดังเดิม เพื่อป้องกันการ ทรุดตัวของโครงสร้างดิน ข้อดีของระบบนี้ก็คือ ไม่มีมลพิษทางอากาศ
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
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
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
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
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
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)
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
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น