Cryogenic Energy Storage or Liquid Air Energy Storage : LAES
“…การจัดเก็บพลังงานอากาศเหลว Liquid Air Energy Storage หมายถึง การใช้อากาศเหลว Liquid Air หรือไนโตรเจนเหลว Liquid Nitrogen เพื่อสร้างพลังงานสำรองที่มีศักยภาพ ..“
Liquid Air Energy Storage : LAES ใช้กำลังไฟฟ้าเพื่อทำให้อากาศเย็นลงจนกลายเป็นของเหลว จัดเก็บอากาศของเหลวไว้ในถัง ทำให้อากาศของเหลวกลับคืนสู่สถานะก๊าซ โดยการสัมผัสกับอากาศแวดล้อม หรือด้วยความร้อนเหลือทิ้งจากกระบวนการทางอุตสาหกรรม และใช้พลังการขยายปริมาตรกว่า 700 เท่าของก๊าซนั้นเพื่อหมุนกังหันใบพัดผลิตกระแสไฟฟ้า หรือหมุนเพลาขับเคลื่อนยานยนต์ .. ระบบ LAES ใช้อุปกรณ์ชิ้นส่วนประกอบที่มีอายุการใช้งานยาวนานกว่า 30 ปี ซึ่งส่งผลให้ความเสี่ยงด้านเทคโนโลยีต่ำ .. การจัดเก็บพลังงานอากาศเหลว LAES บางครั้งเรียกว่า การกักเก็บพลังงานด้วยความเย็นแช่แข็ง Cryogenic Energy Storage : CES คำว่า “แช่แข็ง Cryogenic” หมายถึง การผลิตที่อุณหภูมิต่ำมาก ..
การจัดเก็บพลังงานอากาศเหลว Liquid Air Energy Storage : LAES หรือเรียกอีกอย่างว่า การจัดเก็บพลังงานด้วยความเย็น Cryogenic Energy Storage : CES เป็นเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานระยะเวลาทนยาว Long Duration Energy Storage ซึ่งสามารถกำหนดปริมาณความจุที่ต้องการได้อย่างง่ายดาย .. สารหลักที่ใช้ คือ อากาศเหลว หรือไนโตรเจนเหลว โดยก๊าซไนโตรเจนมาจาก 78 % ของก๊าซในบรรยากาศทั่วไป ..
ระบบ LAES ใช้คุณลักษณะด้านประสิทธิภาพร่วมกับพลังน้ำสูบกลับ Pumped Hydroelectric Energy Storage : PHES และสามารถควบคุมความร้อน และของเสียเกรดต่ำจากกระบวนการอุตสาหกรรมที่อยู่ร่วมกันได้ ขนาดของกำลังไฟฟ้าสามารถขยายจากประมาณ 5 MW เป็น 100s+ MW ด้วยความจุ และพลังงานที่แยกออกจากกัน .. ดังนั้น ระบบจัดเก็บพลังงานอากาศเหลว จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่มีระยะเวลาทนยาว Long Duration Energy Storage บนโครงข่ายระบบสายส่ง ..
แนวโน้มตลาดระบบจัดเก็บพลังงานด้วยความเย็น Cryogenic Energy Storage : CES กำลังร้อนแรงขึ้นอย่างมาก ..
การเก็บพลังงานด้วยความเย็น Cryogenic Energy Storage : CES คือการใช้ของเหลวที่อุณหภูมิต่ำ แช่แข็ง เช่น อากาศเหลว หรือไนโตรเจนเหลวเพื่อเก็บพลังงานไว้ .. เทคโนโลยีนี้ใช้เป็นหลักได้ในระบบจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าระดับขนาดใหญ่บนระบบสายส่งกริดไฟฟ้า .. ปัจจุบัน โรงงานจัดเก็บพลังงานอากาศเหลวเชิงพาณิชย์ขนาด 250 MWh อยู่ระหว่างการก่อสร้างในสหราชอาณาจักร และมีแผนงานก่อสร้างระบบจัดเก็บพลังงานอากาศเหลวกำลังผลิตขนาด 400 MWh ในสหรัฐฯ อีกด้วย ..
บริษัท Highview Power เป็นหนึ่งในผู้พัฒนาระบบจัดเก็บพลังงานด้วยความเย็น Cryogenic Energy Storage System ที่โดดเด่น .. ในเดือนเมษายน 2564 ที่ผ่านมา MAN Energy Solutions ได้รับเลือกเพื่อจัดหา Turbomachinery Train สำหรับโรงงานจัดเก็บพลังงานอากาศเหลว LAES หรือ CRYOBattery ขนาด 50 MW/250 MWh ซึ่งอยู่ระหว่างการก่อสร้างในหมู่บ้าน Carrington ด้านนอกของเมืองแมนเชสเตอร์ในสหราชอาณาจักร และมีกำหนดจะเริ่มเปิดดำเนินการได้ภายในปี 2565 .. การพัฒนาดังกล่าวนั้น ถือเป็นก้าวใหม่ที่สำคัญสำหรับโครงการ LAES ซึ่งถือเป็นโรงงาน Liquid Air Energy Storage เชิงพาณิชย์แห่งแรกของ Highview Power ..
Dr. Javier Cavada ในฐานะ CEO ของ Highview Power กล่าวว่า ขณะนี้บริษัทฯ กำลังพัฒนาโครงการอื่น ๆ อีกหลายสิบโครงการในสหราชอาณาจักร สหรัฐฯ ชิลี ออสเตรเลีย และสเปน โดยใช้ประโยชน์งบลงทุนจำนวนมากจากผู้สนับสนุนรายใหญ่ของ Sumitomo Heavy Industries ประเทศญี่ปุ่น รวมถึงเงินลงทุนอีก 70 ล้านเหรียญสหรัฐฯ สำหรับการร่วมลงทุนล่าสุด เพื่อการเติบโตของขนาดธุรกิจในตลาดระบบจัดเก็บพลังงานระยะทนยาวบนโครงข่ายระบบสายส่ง Grid – Scale Long Duration Energy Storage พร้อมกับงบประมาณที่เป็นเงินทุน และงบประมาณอุดหนุนมหาศาลจากภาครัฐ ..
การจัดเก็บพลังงานด้วยความเย็นแช่แข็ง Cryogenic Energy Storage : CES ใช้ประโยชน์จากวัฏจักรอุณหพลศาสตร์เพื่อเปลี่ยนอากาศให้เป็นของเหลว .. โดยพื้นฐานแล้ว เมื่ออากาศถูกทำให้เย็นลงที่ -196 oC หรือ -320 oF อากาศในสถานะที่เป็นก๊าซจะเปลี่ยนสถานะไปเป็นของเหลว .. จากนั้นจึงเก็บของเหลวได้อย่างมีประสิทธิภาพไว้ภายในภาชนะแรงดันต่ำหุ้มฉนวนความร้อนที่ความดันบรรยากาศ และเมื่อถูกทำให้ร้อนกลับมาถึงอุณหภูมิแวดล้อมปกติ พวกมันจะเปลี่ยนสถานะกลับมาเป็นแก๊สปริมาณมาก ทำให้ปริมาตรเพิ่มขึ้น 700 – 1,000 เท่าอย่างรวดเร็ว ในการนี้ พลังงานที่คายออกมาจะนำไปใช้ขับเคลื่อนหมุนกังหันใบพัดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อผลิตกำลังไฟฟ้าได้ต่อไป ..
หลังการประชุมรัฐภาคีกรอบอนุสัญญาสหประชาชาติว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ 26th United Nations Climate Change: COP26 Conference ล่าสุดที่ Glasgow เมื่อ 31 ตุลาคม ถึง 13 พฤศจิกายน 2564 ที่ผ่านมา ชี้ให้ทั่วโลกเห็นได้ชัดเจนว่า เพื่อให้ภาคพลังงานแสดงบทบาทนำสำหรับการกอบกู้วิกฤติสภาพอากาศ Climate Crisis ได้ พลังงานสะอาดจากแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน จะต้องสามารถถูกนำมาใช้แทนที่แหล่งพลังงานเชื้อเพลิงฟอสซิลรูปแบบเดิมได้ทุกที่ทุกเวลาอย่างไม่มีข้อจำกัดนั้น การจัดเก็บพลังงานระยะทนยาวบนโครงข่ายระบบสายส่ง หรือนอกระบบสายส่งในพื้นที่ห่างไกล กลายเป็นความจำเป็นยิ่งยวดที่ขาดไม่ได้ ..
ด้วยเหตุนี้ การจัดเก็บพลังงานระยะทนยาวบนโครงข่ายระบบสายส่งระหว่าง 25 – 35 GW ได้รับการคาดหมายว่า จะถูกติดตั้งทั่วโลกภายในปี 2568 .. ซึ่งรวมถึง ระบบจัดเก็บพลังงานอากาศเหลว Liquid – Air, อากาศอัด Compressed – Air, ความร้อน Thermal และแรงโน้มถ่วง Gravity – Based Systems ตลอดจนชุดแบตเตอรี่ไฟฟ้าเคมีรูปแบบใหม่ ๆ เช่น ชุดแบตเตอรี่เหล็กอากาศ Iron – Air Battery Packs ควบคู่ไปกับลิเธี่ยมไอออนแบตเตอรี่ Lithium – Ion Battery และไฮโดรเจน Hydrogen ..
สิ่งเหล่านี้ได้ผลักดันไปสู่การเติบโตอย่างรวดเร็วด้วยความเร่งแตะระดับกำลังผลิตที่เพิ่มขึ้นขนาด 1.5 – 2.5 TW / 85 – 140 TWh ของการจัดเก็บพลังงานระยะทนยาวบนระบบสายส่งกำลังไฟฟ้า ภายในปี 2583 ซึ่งเป็นปริมาณความจุเท่ากับ 10 % ของกำลังไฟฟ้าทั้งหมดที่ถูกจัดเก็บไว้ใน LDES ปัจจุบัน ..
ความจุของมาตราส่วนนี้ คิดเป็น 4 ใน 7 เท่าของการติดตั้งระบบจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่ไฟฟ้าเคมีทั่วโลกในปัจจุบัน และจะต้องใช้เงินลงทุนอีกอย่างน้อยประมาณ 1.5 – 3 ล้านล้านเหรียญสหรัฐฯ ส่งผลให้แนวโน้มตลาดระบบจัดเก็บพลังงานด้วยความเย็นแช่แข็ง Cryogenic Energy Storage : CES กลายเป็นหนึ่งในทางเลือกที่น่าสนใจ และกำลังร้อนแรงขึ้นเป็นอย่างมาก ..
ข้อเท็จจริงสำคัญของระบบจัดเก็บพลังงานอากาศของเหลว Liquid Air Energy Storage ..
ทีมวิจัยของอังกฤษ ออสเตรเลีย ได้ประเมินศักยภาพของการจัดเก็บพลังงานอากาศเหลว LAES สำหรับการใช้งานขนาดใหญ่บนระบบสายส่งกำลังไฟฟ้า .. นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ว่า ระบบเหล่านี้ในปัจจุบันอาจสร้างขึ้นด้วยราคาระหว่าง 300 – 600 ยูโร / KWh หรือประมาณ 340 – 680 เหรียญสหรัฐฯ / KWh และกรณีธุรกิจเชิงบวก อาจได้รับการอุดหนุนงบลงทุนจากนโยบายภาครัฐโดยเงื่อนไขบางประการ รวมถึงโครงสร้างราคาที่กำหนดในตลาดพลังงาน และการมีอยู่ของโครงข่ายระบบสายส่งกริดไฟฟ้าซึ่งไม่สามารถรองรับกำลังไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียนในระดับสูงที่ผันแปรได้
กลุ่มนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮม University of Birmingham ในสหราชอาณาจักร และมหาวิทยาลัยเมลเบิร์น University of Melbourne ประเทศออสเตรเลีย ได้ทำการวิจัยอย่างกว้างขวางถึงศักยภาพของการจัดเก็บพลังงานอากาศเหลว Liquid Air Energy Storage : LAES ซึ่งได้มีการพัฒนามาจนถึงขณะนี้ แหล่งกักเก็บพลังงานขนาดใหญ่ และส่วนใหญ่ได้รับการพัฒนาโดยบริษัท Highview Power ร่วมกับผู้เชี่ยวชาญจากสหราชอาณาจักร ซึ่งถือเป็นการสร้างแนวโน้มทางเทคโนโลยีด้านพลังงานสู่อนาคตที่ยอดเยี่ยมอย่างยิ่ง ..
ปัจจุบันบริษัทฯ กำลังเตรียมที่จะปรับใช้เทคโนโลยี LAES ในสถานที่ต่าง ๆ รวมถึงระบบขนาด 400 MWh ในสหรัฐฯ .. โครงการ 250 MWh ในสหราชอาณาจักร และโรงงานระบบจัดเก็บพลังงานอากาศเหลวขนาด 300 MWh ในสเปน .. “ปัจจุบัน LAES มีระดับความพร้อมด้านเทคโนโลยีสูงเพียงพอแล้ว” ผู้ร่วมวิจัย Adriano Sciacovelli ยืนยันว่า ความสมบูรณ์ของเทคโนโลยีสำหรับระบบจัดเก็บพลังงานอากาศเหลว เป็นตัวแทนของเทคโนโลยีที่พัฒนาเต็มที่รูปแบบใหม่สำหรับแอปพลิเคชันในตลาดด้วยผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์เต็มรูปแบบได้เป็นอย่างดีไม่มีข้อสงสัย ..
เทคโนโลยีนี้ได้รับการอธิบายโดยกลุ่มนักวิจัยว่า เป็นแนวคิดในการจัดเก็บกำลังไฟฟ้าในรูปของอากาศเหลว Liquid Air หรือไนโตรเจนเหลว Liquid Nitrogen ที่อุณหภูมิในการแช่แข็งต่ำกว่า -150 oC โดยจะชาร์จพลังงานโดยใช้กำลังไฟฟ้าส่วนเกินเพื่อบีบอัด และทำให้อากาศเปลี่ยนเป็นของเหลว จากนั้นจึงเก็บเป็นของเหลวที่อุณหภูมิใกล้ -196 oC .. ในการระบายออก อากาศเหลวจะอุ่นขึ้น และกลายเป็นก๊าซอัดแรงดันสูงไปขับเคลื่อนกังหันใบพัดเพื่อผลิตกำลังไฟฟ้าต่อไป ..
พวกมันได้รับการออกแบบมาสำหรับการใช้งานในระดับยูทิลิตี้ Utility Scale Applications ขนาดตั้งแต่ 5 MW ถึง 100 MW .. “เมื่อเปรียบเทียบกับการจัดเก็บพลังงานแบบใช้น้ำแบบปั๊มสูบกลับ Pumped – Hydro Storage ซึ่งอยู่บนแนวคิดพื้นฐานเดียวกัน การจัดเก็บพลังงานด้วยความเย็น Cryogenic Energy Storage มีข้อได้เปรียบที่เป็นเทคโนโลยีที่สามารถผลิตไนโตรเจนเหลวได้ผ่านอุตสาหกรรมที่มีอยู่แล้ว และไม่มีวัสดุราคาแพง หรือหายาก” กลุ่มนักวิจัยเน้นย้ำว่า “ยิ่งไปกว่านั้น ไม่มีปัญหาเรื่องความเสื่อมสภาพ และไม่ต้องการสถานที่เฉพาะทางภูมิศาสตร์ที่จำเป็นสำหรับการสูบน้ำ อ่างเก็บน้ำ หรือโพรงใต้ดิน สำหรับการจัดเก็บอากาศอัด” ..
อย่างไรก็ตาม เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานระยะทนยาวรูปแบบต่าง ๆ เหล่านี้ LAES มีข้อเสียจากประสิทธิภาพวงรอบ Cycle Efficiency ที่ต่ำกว่า ทั้งการชาร์จ และการคายประจุ ซึ่งใกล้เคียงกับ 60 % .. ทั้งนี้ ประสิทธิภาพวงรอบที่กล่าวถึงนี้นั้น สามารถทำให้เพิ่มขึ้นได้จากการบูรณาการ และการทำงานร่วมของ LAES กับกระบวนการใกล้เคียง เช่น ก๊าซธรรมชาติเหลว Liquefied Natural Gas : LNG เป็นต้น ..
สถานที่เหมาะสมในอุดมคติของการวางระบบจัดเก็บด้วยความเย็น Cryogenic Storage อยู่ที่โครงข่ายระบบสายส่งกริดไฟฟ้าที่มีสัดส่วนพลังงานทางเลือก พลังงานหมุนเวียนสูง หรือนิคมอุตสาหกรรมที่มีการสูญเสียความร้อนจำนวนมาก .. “ระบบจัดเก็บแบบอากาศเหลวเยือกแข็ง Cryogenic Storage มิได้เป็นคู่แข่งขันโดยตรงกับแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium – Ion Batteries เนื่องจากพวกมันให้การจัดเก็บพลังงานระยะทนยาวกว่า 10 ชั่วโมง” .. ในทางตรงกันข้าม สำหรับการจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium – Ion Storage เมื่อจำเป็นต้องใช้งานต่อเนื่องนานกว่า 4 – 6 ชั่วโมง ความสามารถในการทำงานของพวกมัน ยังคงเป็นปัญหาอยู่ในปัจจุบัน ..
ในแง่ของต้นทุนพลังงาน กลุ่มนักวิจัยคาดการณ์ว่า ระบบ LAES สามารถทำได้ระหว่าง 300 – 600 ยูโรต่อ KWh หรือประมาณ 340 – 680 เหรียญสหรัฐฯต่อ KWh .. “ผลตอบแทนที่เป็นจุดคุ้มทุนจากการลงทุนอาจยาวนานประมาณ 20 ปี สำหรับระบบแยกเดี่ยว Stand Alone ไม่ร่วมเข้ากับโรงงานอุตสาหกรรมเพื่อใช้ความร้อนส่วนเกิน” .. ดังนั้น สถานที่ในอุดมคติในการวางระบบ LAES ขนาดใหญ่บนโครงข่ายกริดไฟฟ้า คือ ในนิคมอุตสาหกรรม ซึ่งจะสามารถลดกรอบเวลาให้ไปถึงจุดคุ้มทุนได้รวดเร็วขึ้นอย่างมากได้ ..
จนถึงปัจจุบัน ระบบ LAES ถูกมองว่า เป็นสินทรัพย์เชิงกลยุทธ์สำหรับเครือข่ายพลังงาน .. พวกมันสามารถให้บริการไม่เพียงบนโครงข่ายระบบสายส่งขนาดใหญ่เท่านั้น แต่สามารถประยุกต์ใช้งานกับระบบ Smart Grid รูปแบบ และขนาดต่าง ๆ ที่หลากหลายได้ ..
นอกจากนี้ นักวิทยาศาสตร์ยังคงเชื่อมั่นว่า เนื่องจากความหนาแน่นของพลังงานสูง High Energy Density ของระบบจัดเก็บพลังงานอากาศของเหลว Liquid Air Storage .. การจัดเก็บพลังงานด้วยความเย็นแช่แข็ง Cryogenic Storage จึงใช้พื้นที่น้อยกว่าระบบจัดเก็บพลังงานอากาศอัด Compressed Air Energy Storage หรือไฮโดรพลังน้ำสูบกลับ Pumped Hydro Storage .. พวกเขาประเมินไว้ว่า ระบบเหล่านี้สามารถทำให้มีขนาดย่อม และขนาดเล็กลงได้ หรืออย่างน้อยก็ตามลำดับความความต้องการเฉพาะเจาะจงสำคัญที่หลากหลายในอนาคตได้ ..
เครื่องยนต์ไนโตรเจนเหลว Liquid Nitrogen Engine สำหรับยานยนต์ที่ไม่ใช้น้ำมันเชื้อเพลิงฟอสซิล ..
ยานพาหนะไนโตรเจนเหลว Liquid Nitrogen Vehicle ขับเคลื่อนโดยใช้ไนโตรเจนเหลว Liquid Nitrogen ซึ่งถูกเก็บไว้ในถัง .. การออกแบบเครื่องยนต์ไนโตรเจนแบบดั้งเดิมทำงานโดยให้ความร้อนไนโตรเจนเหลวในตัวแลกเปลี่ยนความร้อนอุณหภูมิอากาศแวดล้อม และใช้ก๊าซอัดแรงดันสูงที่ขยายปริมาตร 700 – 1,000 เท่าเพื่อขับเคลื่อนลูกสูบลม หรือมอเตอร์แบบโรตารี่ Rotary Motor .. มีการสาธิตยานยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยไนโตรเจนเหลว Vehicles Propelled by Liquid Nitrogen หลากหลายรูปแบบมาก่อนแล้ว แต่ยังไม่เคยได้ใช้ในเชิงพาณิชย์เลย หนึ่งในยานพาหนะที่ใช้เครื่องยนต์ Liquid Air รุ่นทดลอง ได้แก่ LN2000 ของ University of Washington : UW ซึ่งถูกแสดงสาธิตทดสอบมาตั้งแต่ปี ค.ศ.1902 ..
ระบบขับเคลื่อนด้วยไนโตรเจนเหลว Liquid Nitrogen Propulsion อาจรวมอยู่ในระบบไฮบริด Hybrid เช่น ระบบขับเคลื่อนด้วยของชุดแบตเตอรี่ไฟฟ้าเคมี และถังเชื้อเพลิง เพื่อชาร์จแบตเตอรี่ .. ระบบประเภทนี้เรียกว่า ระบบขับเคลื่อนไฮบริดไนโตรเจนเหลวไฟฟ้า Hybrid Liquid Nitrogen – Electric Propulsion .. นอกจากนี้ยังสามารถใช้ระหว่างการเบรกที่เรียกกันว่า Regenerative Braking ร่วมกับระบบนี้ เช่นเดียวกับการประยุกต์ระบบอากาศอัด Compressed Air ในรถแข่ง รถบัส และหัวรถจักร ได้อีกด้วย ..
ข้อดีประการหนึ่งของยานยนต์ไนโตรเจนเหลว คือ ก๊าซไอเสียมีเพียงไนโตรเจน ซึ่งเป็นองค์ประกอบส่วนใหญ่ของอากาศ ดังนั้น จึงไม่ก่อให้เกิดมลพิษใด ๆ อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ไม่ได้ทำให้ปราศจากมลภาวะโดยสิ้นเชิง เนื่องจากจำเป็นต้องใช้พลังงานในการทำให้ก๊าซไนโตรเจนเปลี่ยนเป็นของเหลวในช่วงแรก แต่กระบวนการทำให้เป็นของเหลวนั้น อาจอยู่ห่างไกลจากการทำงานของรถยนต์ และโดยหลักการแล้วสามารถขับเคลื่อนโดยแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานหมุนเวียน หรือแหล่งพลังงานสะอาดอื่น ๆ ได้ ..
ทั้งนี้ เครื่องยนต์ไนโตรเจนเหลว Liquid Nitrogen Engine เพื่อใช้ขับเคลื่อนยานพาหนะสำหรับระบบขนส่งในประเด็นความหนาแน่นของพลังงาน Energy Density นั้น กำลังขับจะได้มาจากความร้อนไอโซบาริกของไนโตรเจนในการกลายเป็นไอ และความร้อนจำเพาะในสถานะก๊าซ ซึ่งในทางทฤษฎีสามารถรับรู้ได้จากไนโตรเจนเหลวที่ความดันบรรยากาศ และอุณหภูมิแวดล้อม 27 °C อยู่ที่ประมาณ 213 W·h/kg ในขณะที่โดยทั่วไปสามารถทำได้เพียง 97 W·h/kg ภายใต้สถานการณ์จริง เปรียบเทียบกับ 100 – 250 W·h/kg สำหรับแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน และ 3,000 W·h/kg สำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายในเชื้อเพลิงน้ำมันเบนซินที่ทำงานด้วยประสิทธิภาพเชิงความร้อน 28 % ความหนาแน่นของไนโตรเจนเหลว 14 เท่าที่ใช้ที่ประสิทธิภาพของ Carnot Efficiency หรือ Carnot Cycle ..
สำหรับเครื่องยนต์ขยายอุณหภูมิแบบไอโซเทอร์มอล Isothermal Expansion Engine ที่จะมีช่วงเทียบได้กับเครื่องยนต์สันดาปภายใน Internal Combustion Engine จำเป็นต้องใช้ถังเก็บไนโตรเจนเหลวที่เป็นฉนวนขนาด 350 ลิตร หรือ 92 US gal บนตัวรถด้วยปริมาตรที่ใช้งานได้จริง แต่การเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัดเมื่อเทียบกับถังน้ำมันเบนซินขนาด 50 ลิตร หรือ 13 US Gal ทั่วไป คือประเด็นปัญหาการออกแบบ .. ทั้งนี้ การเพิ่มรอบพลังงานที่ซับซ้อนมากขึ้นจะช่วยลดความต้องการนี้ และช่วยให้สามารถใช้งานพวกมันได้โดยไม่มีน้ำค้างแข็งเกิดขึ้น .. อย่างไรก็ตาม ยังไม่เคยมีตัวอย่างในทางปฏิบัติเชิงพาณิชย์ของการใช้เครื่องยนต์ไนโตรเจนเหลว Liquid Nitrogen Engine สำหรับการขับเคลื่อนของยานยนต์บนท้องถนนจนถึงปัจจุบัน ..
คาดการณ์ตลาดการจัดเก็บพลังงานอากาศเหลวทั่วโลก Global Liquid Air Energy Storage System Market ..
ขนาดธุรกิจในตลาด Liquid Air Energy Storage Systems ทั่วโลก หรือ Global LAES Market คาดหมายว่า จะมีการขยายตัวของตลาดในช่วงคาดการณ์ของปี 2564 – 2568 ด้วยอัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปี Compound Annual Growth Rate : CAGR หมายถึง อัตราผลตอบแทนสำหรับการลงทุนในตลาดการจัดเก็บพลังงานอากาศเหลวทั่วโลก Liquid Air Energy Storage or Cryogenic Energy Storage : CES ทั่วโลก ที่เติบโตจากยอดดุลเริ่มต้นไปถึงยังยอดดุลสิ้นสุด รวมสมมติฐานว่ากำไรจะถูกนำกลับมาลงทุนหมุนเวียนใหม่ทุกสิ้นปีของช่วงอายุการลงทุน อยู่ที่ค่า CAGR 74.6% ในช่วงคาดการณ์ปี 2564 ถึง 2568 และคาดหมายว่า มูลค่าธุรกิจในตลาดจะมีมูลค่าถึง 762.9 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ภายในปี 2568 จาก 82 ล้านเหรียญสหรัฐฯ เมื่อปี 2563 ..
รายงานตลาด Liquid Air Energy Storage Systems ให้การวิเคราะห์โดยละเอียดของขนาดตลาดทั่วโลก ขนาดตลาดระดับภูมิภาค และระดับประเทศ การเติบโตของตลาด การแบ่งสัดส่วน ส่วนแบ่งการตลาด ภูมิทัศน์การแข่งขัน การวิเคราะห์การขาย ผลกระทบของผู้เล่นในตลาดในประเทศ และทั่วโลก การเพิ่มประสิทธิภาพของห่วงโซ่การผลิต การค้า กฎระเบียบ การพัฒนาล่าสุด การวิเคราะห์โอกาส การวิเคราะห์การเติบโตของตลาดเชิงกลยุทธ์ การเปิดตัวผลิตภัณฑ์ การขยายตลาดในพื้นที่ และนวัตกรรมทางเทคโนโลยี Liquid Air e Systems Market 2021 ตามประเภท รวมทั้งการแข่งขันกับ แบตเตอรี่โซลิดสเตต Solid State Batteries, แบตเตอรี่ไหล Redox Flow Batteries, แบตเตอรี่เหล็กอากาศ Iron Air Batteries, ระบบจัดเก็บพลังงานมู่เล่ Flywheels, ระบบจัดเก็บพลังงานอากาศอัด Compressed Air Energy Storage : CAES, ความร้อน Thermal, ระบบไฟฟ้าพลังน้ำสูบกลับ Pumped Hydro Power และอื่น ๆ ในตลาดการจัดเก็บพลังงานระยะทนยาว Long Duration Energy Storage กลายเป็นความต้องการอย่างมากของตลาดโลกจากนี้ไป ..
ตลาดการจัดเก็บพลังงานอากาศเหลวทั่วโลก Global Liquid Air Energy Storage Market ได้รับแรงหนุนหลักจากต้นทุนการดำเนินงาน และต้นทุนเริ่มต้นที่ต่ำ .. การจัดเก็บพลังงานอากาศเหลว เป็นเทคโนโลยีห้องเย็นคุณภาพสูงที่ใช้อุปกรณ์แรงดันต่ำ และหินแกรนิต Granite Shingles ซึ่งเป็นวัสดุที่คุ้มค่า และหาได้ทั่วไป สามารถช่วยลดต้นทุนการบำรุงรักษาโดยรวม และมีอายุการใช้งานยาวนาน .. นอกจากนี้ ยังใช้อุปกรณ์จ่ายกำลังไฟที่ประกอบด้วยกระปุกเกียร์มาตรฐาน Standard Gearbox ซึ่งช่วยลดต้นทุน .. ยิ่งไปกว่านั้น รัฐบาลของประเทศต่าง ๆ ยังให้การอุดหนุนเพื่อส่งเสริมความก้าวหน้า และส่งเสริมเทคโนโลยีนี้ ตัวอย่างเช่น รัฐบาลของสหราชอาณาจักรให้การสนับสนุนบริษัทฯ ต่าง ๆ เช่น Highview Power และ Viridor ด้วยการลงทุนภาครัฐในหลายโครงการเพื่อขับเคลื่อนการวิจัย และพัฒนา รวมถึงการสนับสนุนเชิงนโยบายด้านการค้าของระบบการจัดเก็บพลังงานอากาศเหลว Commercialization of Liquid Air Energy Storage อีกด้วย ..
ในปี 2563 กลุ่มกำลังการผลิต 5 – 15 MW ในตลาดการจัดเก็บพลังงานอากาศเหลวโดยแยกตามความจุคิดเป็นส่วนแบ่งที่ใหญ่ที่สุดที่ 38.08 % เนื่องจากการปรับใช้ และการติดตั้งกำลังการผลิตที่เพิ่มขึ้นทั่วโลก ตัวอย่างเช่น ในปี 2562 บริษัท SNC – Lavalin Group Inc. สัญชาติแคนาดา และ Highview Power ร่วมมือกันติดตั้งระบบจัดเก็บพลังงานอากาศเหลว Liquid Air Energy Storage สำหรับการใช้งานในระดับสาธารณูปโภค .. นอกจากนี้ ตั้งแต่ปี 2561 เป็นต้นมา Highview Power ได้เปิดตัวโรงงานระบบจัดเก็บพลังงานอากาศเหลวบนโครงข่ายระบบสายส่งกริดไฟฟ้า กำลังการผลิต 5 MW/15 MWh .. ดังนั้น การปรับใช้ความสามารถที่เพิ่มขึ้นได้ง่ายทำให้คาดว่า พวกมันจะสามารถขับเคลื่อนภาคส่วนนี้ไปทั่วโลกได้ ..
ในเวลาเดียวกัน กลุ่มกำลังการผลิตขนาด 50 – 100 MW คาดว่าจะเป็นประเภทที่เติบโตเร็วที่สุดในตลาดการจัดเก็บพลังงานอากาศเหลว Liquid Air Energy Storage Market ที่ค่า CAGR 41.82% ในช่วงระยะเวลาคาดการณ์ 2566 – 2569 .. ระบบจัดเก็บพลังงานอากาศเหลว สามารถช่วยลดต้นทุนการจัดเก็บพลังงาน และยังมีความสามารถในการกักเก็บพลังงานจำนวนมากในรูปของของเหลว ตัวอย่างเช่น ในปี 2560 การสร้างแบบจำลองแบบไดนามิกของโรงไฟฟ้าจัดเก็บพลังงานอากาศเหลวขนาด 100 MW ดำเนินการด้วยความจุในการจัดเก็บกำลังไฟฟ้า 300 MWh การสร้างแบบจำลองแบบไดนามิกนี้ใช้ซอฟต์แวร์ COMSOL, EES และ MATLAB เพื่อดำเนินการสร้างแบบจำลองของส่วนต่าง ๆ ของกระบวนการเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพระดับระบบ ของบริษัทต่าง ๆ เช่น Linde AG, Messer Group, Mitsubishi, Highview และอื่น ๆ กำลังลงทุนมหาศาลในการจำหน่ายหน่วยผลิตในระบบจัดเก็บพลังงานอากาศเหลวเชิงพาณิชย์ที่มีความจุสูง ตัวอย่างเช่น Highview Power เป็นต้นนั้น กำลังวางแผนที่จะพัฒนา และขยายความจุในการจัดเก็บพลังงานอากาศเหลวให้สูงกว่า 20 MW เช่น หน่วย 50MW/200MWh เพื่อจัดวางบนโครงข่ายระบบสายส่งด้วยต้นทุนพลังงานต่ำอย่างยิ่งในอนาคตให้สำเร็จได้ในที่สุด ..
อย่างไรก็ตาม การเติบโตของตลาดการจัดเก็บพลังงานของเหลวในอากาศทั่วโลก ถูกจำกัดจากการดำรงอยู่ของระบบจัดเก็บปั๊มพลังน้ำสูบกลับ Hydro Pump Storage ซึ่งเป็นเทคโนโลยีทางเลือกหลักทั่วโลกในปัจจุบัน .. ประสิทธิภาพการไปกลับของ LAES อยู่ที่ประมาณ 50 % ในกรณีที่ใช้กลไกการทำความเย็น และความร้อนที่มีประสิทธิภาพมาก และประสิทธิภาพการเดินทางไปกลับประมาณ 20 % เมื่ออากาศเหลวในระบบจัดเก็บความเย็นใกล้หมดลง ประสิทธิภาพการไปกลับนี้จะต่ำมากเมื่อเปรียบเทียบกับการจัดเก็บพลังน้ำแบบสูบกลับในระบบจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่ .. นอกจากนี้ การจัดเก็บพลังงานน้ำแบบสูบกลับ Pumped Hydro Energy Storage : PHES ยังถือว่าดีที่สุดสำหรับระบบจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่ระยะทนยาวบนโครงข่ายระบบสายส่งกริดไฟฟ้า ..
นอกจากนี้ PHES ยังมีปริมาณความจุสูงสุดด้วยประสิทธิภาพสูงที่สุด เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานรูปแบบอื่น ๆ ทั้งหมดอยู่ต่อไป เพียงแต่ต้นทุนเริ่มต้นสูง ใช้เวลาก่อสร้างยาวนาน วางแผนงานได้อย่างยากเย็น และสถานที่ก่อสร้างจะต้องตั้งอยู่บนพื้นที่เฉพาะเจาะจงเท่านั้น .. ดังนั้น ระบบจัดเก็บพลังงานอากาศเหลว Liquid Air Energy Storage : LAES จึงกลายเป็นอีกหนึ่งทางเลือกสำหรับดำเนินธุรกิจในตลาดการจัดเก็บพลังงานระยะทนยาว Long Duration Energy Storage ที่น่าสนใจด้วยข้อได้เปรียบจากการไม่มีข้อจำกัดเรื่องสถานที่ แม้จะเหมาะสมที่จะตั้งอยู่ใกล้นิคมอุตสาหกรรมก็ตาม เพื่อให้พลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน สามารถประยุกต์ใช้งานได้ทุกที่ทุกเวลาได้เพิ่มมากขึ้นอีก ..
ทั้งนี้ ตลาดการจัดเก็บพลังงานอากาศเหลว Liquid Air Energy Storage : LAES มีผู้เล่นหลักในตลาด ได้แก่ Highview Power, Baker Hughes Company, Heatric, Linde Kryotechnik AG, Viridor Limited และอื่น ๆ โดยรวมแล้ว ตลาดได้รับการประเมินว่า มีการแข่งขันน้อย ใช้เงินทุนเริ่มต้นไม่สูงมาก ต้นทุนดำเนินการต่ำ แม้จะได้รับการคาดหมายว่า ทำกำไรทางธุรกิจได้ไม่มาก แต่ก็ถือเป็นเส้นทางรายรับทางการเงินที่ยั่งยืน ..
สรุปส่งท้าย ..
ชุดแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium Ion Battery Packs นั้นยอดเยี่ยม .. พวกมันให้พลังงานแก่โลกรอบตัวเรา และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พกพาในกระเป๋าเสื้อของเราอย่างมากมาย แต่การพยายามขยายเทคโนโลยีนี้เพื่อประยุกต์ใช้สำหรับโครงข่ายระบบสายส่งกริดไฟฟ้า และการจัดเก็บพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียนที่ผันแปรปริมาณมหาศาลนั้น เป็นสิ่งที่ท้าทายอย่างยิ่ง .. การจัดหา และการผลิตเซลล์แบตเตอรี่มีข้อจำกัด ความยากลำบากในการจัดหา โลหะ และแร่ธาตุหายากเพียงพอที่จะสร้างเซลล์ไฟฟ้าเคมีลิเธี่ยมไอออน และคำถามมากมายเกี่ยวกับอายุขัย .. ถ้ามีวิธีอื่นที่เหมาะสม เช่น การใช้อากาศเหลวจัดเก็บพลังงานไว้ .. วิธีการที่น่าตื่นเต้นนี้ อาจสามารถเปลี่ยนแปลงทุกอย่างได้ ..
เราได้เห็นการติดตั้งชุดแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออนเริ่มปรากฏขึ้นทั่ว .. ตัวอย่างที่น่าสังเกตอีกอย่างหนึ่ง คือ Hornsdale Power Reserve ของ Tesla ซึ่งเพิ่งขยายกำลังผลิตเป็นขนาด 50 MW .. ได้ช่วยปรับปรุงความยืดหยุ่นของระบบกำลังไฟฟ้า และลดต้นทุนในการควบคุมการให้บริการ ด้วยเงินลงทุนเริ่มต้นประมาณ 116 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2562 เพียงลำพัง ..
แต่จนถึงตอนนี้ ระบบแบตเตอรี่เคมีไฟฟ้าเหล่านี้ ได้รับการออกแบบสำหรับการจัดเก็บพลังงานได้เพียง 2 – 4 ชั่วโมงเท่านั้น .. พลังงานแสงอาทิตย์ และพลังงานลม เป็นวิธีการผลิตกำลังไฟฟ้าที่มีราคาถูกที่สุดในปัจจุบัน อยู่ที่ประมาณ 40 เหรียญสหรัฐฯ และ 29 เหรียญสหรัฐฯ ต่อ MWh ตามลำดับ .. ทั้งนี้ เมื่อเพิ่มชั้นในการจัดเก็บชุดแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน และคำนวณต้นทุนต่อ MWh เป็นเวลา 4 ชั่วโมงของการปล่อยคายพลังงาน พบว่าต้นทุนพลังงานจะอยู่ที่ 150 เหรียญสหรัฐฯ ต่อ MWh .. ราคาไม่ได้ปรับขยายได้ดี หรือลดลงเท่าไร ยิ่งเมื่อสร้างระบบมากขึ้น .. และนั่นคือที่มาของพลังของอากาศเหลว Power of Liquid Air ..
การจัดเก็บพลังงานอากาศเหลว Liquid Air Energy Storage หรือการจัดเก็บพลังงานด้วยความเย็น Cryogenic Energy Storage นั้น เป็นการใช้กระบวนการที่มีมาช้านานแล้ว .. หลักการพื้นฐานง่าย ๆ ก็คือ .. ใช้พลังงานอัดอากาศลงสู่พื้นที่ขนาดเล็ก Energy to Compress Air Down into a Small Space เมื่อต้องการพลังงาน ก็จะปล่อยอากาศนั้น ปล่อยให้มันขยายตัว และหมุนกังหันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าระหว่างทางกลับออกไป .. ก็ไม่ต่างจากการจัดเก็บพลังน้ำแบบสูบกลับ Pumped Hydro Storage .. ความแตกต่างใหญ่ คือ การไม่ได้ถูกจำกัดด้วยพื้นที่ทางภูมิศาสตร์ .. เราสามารถสร้างสิ่งเหล่านี้ได้ทุกที่ .. และมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยกว่ามาก เนื่องจากไม่ได้เปลี่ยนเส้นทางน้ำ และสร้างสิ่งอำนวยความสะดวกขนาดใหญ่ใด ๆ .. CEO ของ Highview Power บริษัทฯ ที่เชี่ยวชาญด้านพลังงานแช่แข็ง การเก็บรักษา Cryogenic Energy Storage .. บางครั้งเรียกว่า แบตเตอรี่อากาศเหลว Liquid Air Battery ..
ระบบจัดเก็บพลังงานอากาศเหลว Liquid Air Energy Storage รูปแบบนี้ สามารถขยายขนาดได้อย่างรวดเร็วง่ายดาย โดยการเพิ่มถังเก็บไนโตรเจนเหลว ซึ่งสามารถจัดหาได้จากห่วงโซ่อุปทานก๊าซธรรมชาติที่มีอยู่มาก่อนแล้ว .. ส่วนประกอบหลักทั้งหมดของการจัดเก็บพลังงานอากาศเหลวนั้น สร้างขึ้นจากส่วนประกอบที่พร้อมใช้งาน และยิ่งระบบมีขนาดใหญ่ขึ้น ราคาต่อ MWh ก็จะยิ่งลดลง .. สิ่งที่พูดถึงนี้ชุดแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออนไม่สามารถกระทำได้ .. แบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออนนั้นยอดเยี่ยมในการตอบสนองต่อความต้องการพลังงานภายในพริบตาเป็นมิลลิวินาที Milliseconds ..
พวกมันยอดเยี่ยมสำหรับการตอบสนองที่รวดเร็ว และความผันผวน ในการใช้พลังงานเช่นในกรณีของ Hornsdale Power Reserve ในออสเตรเลีย ซึ่งสามารถประหยัดค่าใช้จ่ายได้มาก .. การจัดเก็บพลังงานด้วยความเย็น Cryogenic Energy Storage จะไปถึงจุดที่ดีที่สุดในระดับขนาดที่ใหญ่กว่า .. เมื่อต้องการจ่ายกำลังไฟฟ้าระยะทนยาว 4, 6, 12 หรือ 24 ชั่วโมงขึ้นไปสำหรับระบบจัดเก็บพลังงานบนโครงข่ายระบบสายส่งกริดไฟฟ้า .. แล้วจะพบว่า เมื่อความต้องการพลังงานระยะทนยาวที่กล่าวมาถึง พลังของอากาศเหลว Cryogenic Air จะนำมาซึ่งคุณค่าสูงยิ่ง ..
ด้วยข้อเท็จจริงทางเทคโนโลยีแล้ว ระบบจัดเก็บแบบอากาศเหลวเยือกแข็ง Cryogenic Storage มิได้เป็นคู่แข่งขันโดยตรงกับแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium – Ion Batteries เนื่องจากพวกมันให้การจัดเก็บพลังงานระยะทนยาวกว่า 10 ชั่วโมง .. ในทางตรงกันข้าม สำหรับการจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่ลิเธี่ยมไอออน Lithium – Ion Storage เมื่อจำเป็นต้องใช้งานต่อเนื่องนานกว่า 4 – 6 ชั่วโมง ความสามารถในการทำงานของพวกมัน ยังคงเป็นปัญหาอยู่ในปัจจุบัน ..
การเติบโตอย่างรวดเร็วด้วยความเร่งแตะระดับกำลังผลิตที่เพิ่มขึ้นขนาด 1.5 – 2.5 TW / 85 – 140 TWh ของการจัดเก็บพลังงานระยะทนยาวบนระบบสายส่งกำลังไฟฟ้า ภายในปี 2583 ซึ่งเป็นปริมาณความจุเท่ากับ 10 % ของกำลังไฟฟ้าทั้งหมดที่ถูกจัดเก็บไว้ใน LDES ปัจจุบัน และคิดเป็น 4 ใน 7 เท่าของการติดตั้งระบบจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่ไฟฟ้าเคมีทั่วโลกในปัจจุบัน ..
คาดหมายได้ว่า การลงทุนในระบบจัดเก็บพลังงานระยะทนยาว Grid Scale Long Duration Energy Storage บนโครงข่ายระบบสายส่ง จากนี้ไปจนถึงปี 2583 จะต้องใช้เงินลงทุนอีกอย่างน้อยประมาณ 1.5 – 3 ล้านล้านเหรียญสหรัฐฯ ส่งผลให้แนวโน้มตลาดระบบจัดเก็บพลังงานด้วยความเย็นแช่แข็ง Cryogenic Energy Storage : CES กลายเป็นอีกหนึ่งในทางเลือกที่น่าสนใจ และเป็นโอกาสทางธุรกิจที่กำลังร้อนแรงขึ้นเป็นอย่างมาก เพื่อให้การประยุกต์ใช้พลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน สามารถดำเนินงานได้ทุกที่ทุกเวลาเพิ่มขึ้นรองรับ ‘การเปลี่ยนผ่านระบบพลังงาน Energy Transition’ สำหรับการเปลี่ยนแปลงภาคพลังงานทั่วโลกทั้งระบบจากฐานการบริโภคพลังงานหลักด้วยเชื้อเพลิงฟอสซิล ไปสู่การใช้ฐานการบริโภคพลังงานหลักที่สะอาดกว่าจากแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน เพื่อมุ่งไปสู่สังคมคาร์บอนต่ำ หรือทำให้การปล่อยคาร์บอนเป็นศูนย์สุทธิ Net Zero Emission ภายในครึ่งหลังของศตวรรษนี้ได้สำเร็จในที่สุด ..
…………………………….
คอลัมน์ : Energy Key
By โลกสีฟ้า ..
สนับสนุนคอลัมน์ โดย E@ บริษัท พลังงานบริสุทธิ์ จำกัด (มหาชน)
ขอบคุณเอกสารอ้างอิง :-
A Closer Look at Liquid Air Energy Storage | PV Magazine :-
Cryogenic Long – Duration Storage Company Highview Power Raises US$70m to Take on Baseload Fossil Fuel :-
Highview Power unveils plan for first 500 MWh liquid air storage project in Latin America :-
‘Between 25 – 35 GW of Long – Duration Energy Storage will be Installed Globally by 2025’: Report | Rechargenews :-
Global Liquid Air Energy Storage Market | Inkwood :-
Liquid Air Energy Storage Systems Market Size 2021 with a CAGR of 74.6% | WBOC :-
Highview Power: Home :-
Cryogenic Energy Storage Explained or Liquid Air Battery Explained :-
