Hybrid Solar & Wind Power Systems with Battery & Thermal Storage
“…ระบบพลังงานลม แสงอาทิตย์ ก๊าซชีวภาพ แบบผสมผสาน Hybrid Wind-Solar-Biogas System รวมถึงชุดแบตเตอรี่ และการจัดเก็บความร้อนจากความร้อนส่วนเกินของโมดูล Solar PV ..”
ผู้เชี่ยวชาญด้านพลังงานหมุนเวียนหลายคนชี้ให้เห็นว่า “ระบบไฟฟ้าไฮบริด Hybrid Electric System” ขนาดย่อมแยกเดี่ยวที่รวมเทคโนโลยีระบบกำลังไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานลมสำหรับครัวเรือน Home Wind Electric และเทคโนโลยีพลังงานไฟฟ้าจากโซลาร์เซลล์ตามบ้าน Home Solar Electric or Solar Photovoltaic เข้าด้วยกันมีข้อดีหลายประการเหนือชั้นกว่าการใช้เพียงระบบใดระบบหนึ่งเท่านั้น ..
ตัวอย่างเช่นในสหรัฐฯ ส่วนใหญ่ ความเร็วลมจะต่ำในฤดูร้อนเมื่อดวงอาทิตย์ส่องแสงจ้า และยาวที่สุด ขณะที่ลมจะพัดแรงในฤดูหนาวเมื่อมีแสงแดดส่องถึงน้อย เนื่องจากเวลาการทำงานสูงสุดสำหรับระบบลม และแสงแดดจะเกิดขึ้นในช่วงเวลาต่างกันของวัน และปี .. ระบบไฮบริด Hybrid Electric System จึงมีแนวโน้มที่จะผลิตพลังงานมากขึ้นเมื่อต้องการไม่ว่าจะในครัวเรือน สถานที่ทำงาน โรงงาน และชุมชน ..
ระบบไฟฟ้าไฮบริด Hybrid Electric System จำนวนมาก เป็นระบบแยกเดี่ยว Stand Alone Systems ซึ่งทำงานนอกโครงข่ายระบบสายส่ง Off-Grid .. นั่นหมายถึง ระบบแยกเดี่ยวเหล่านี้ จะต้องมีความสมบูรณ์ในตัว และอาจมิได้เชื่อมต่อกับระบบสายส่งจำหน่ายกำลังไฟฟ้าบนระบบสาธารณูปโภคทั่วไป .. สำหรับช่วงเวลาที่ลม หรือแสงแดดไม่ได้ผลิตกำลังไฟฟ้า ระบบไฮบริดส่วนใหญ่ จะให้พลังงานผ่านชุดแบตเตอรี่ และ/หรือ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าของเครื่องยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยเชื้อเพลิงทั่วไป เช่น ดีเซล Diesel .. หากแบตเตอรี่เหลือน้อย เครื่องกำเนิดไฟฟ้าของเครื่องยนต์สามารถจ่ายไฟ และชาร์จชุดแบตเตอรี่ได้ ..
การเพิ่มเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่เป็นเครื่องยนต์สันดาปภายในทำให้ระบบดูซับซ้อนมากขึ้น แต่ตัวควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัย สามารถควบคุมระบบเหล่านี้ได้โดยอัตโนมัติ .. เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามารถลดขนาดของส่วนประกอบอื่น ๆ ที่จำเป็นสำหรับระบบได้ ทั้งนี้ ระบบจัดเก็บพลังงาน Energy Storage System ที่ติดตั้งมาพร้อมด้วย จะต้องมีขนาดความจุในการจัดเก็บที่ขนาดใหญ่เพียงพอที่จะจ่ายกำลังไฟให้กับความต้องการไฟฟ้าในช่วงที่ไม่มีการชาร์จกำลังไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานหมุนเวียน ซึ่งโดยทั่วไปแล้ว ชุดแบตเตอรี่ จะถูกแผนแบบขนาดมาเพื่อสำหรับจ่ายโหลดไฟฟ้าสูงสุดให้ได้เป็นเวลา 1-3 วัน ..
ระบบพลังงานลม แสงอาทิตย์ ก๊าซชีวภาพ แบบผสมผสาน Hybrid Wind-Solar-Biogas System รวมถึงชุดแบตเตอรี่ และการจัดเก็บความร้อนจากความร้อนส่วนเกินของโมดูล Solar PV ..
นักวิทยาศาสตร์จาก University of Portsmouth ในสหราชอาณาจักร ได้พัฒนาการออกแบบระบบสำหรับการหลอมรวมพลังงานลม แสงอาทิตย์ ก๊าซชีวภาพ และการจัดเก็บพลังงานขนาดใหญ่สำหรับพื้นที่ห่างไกลนอกโครงข่ายระบบสายส่งกำลังไฟฟ้า ..
คุณลักษณะพิเศษของการออกแบบที่เสนอ คือ กำลังไฟฟ้า และความร้อนส่วนเกินจากโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ Solar PV จะถูกเก็บไว้ในวัสดุเปลี่ยนสถานะ Phase Change Materials: PCMs .. นักวิจัยอธิบายว่า “พลังงานความร้อนส่วนเกินเหล่านี้ สามารถแปลงเป็นพลังงานให้กับเครื่องทำน้ำร้อนได้ ซึ่งโดยปกติแล้วจะเป็นการใช้พลังงานขนาดใหญ่ที่สุดในครัวเรือน” ..
วัสดุเปลี่ยนสถานะ Phase Change Materials: PCMs เป็นสารที่สามารถเก็บพลังงานความร้อนได้ ทำให้อุณหภูมิคงที่ พวกมันสามารถดูดซับ หรือปล่อยพลังงานความร้อนที่เรียกว่า ‘ความร้อนแฝง Latent’ ปริมาณมากเมื่อผ่านการเปลี่ยนแปลงสถานะทางกายภาพ เช่น ในระหว่างกระบวนการหลอมเหลว และกระบวนการที่จุดเยือกแข็ง Melting & Freezing Process เป็นต้น ..
ระบบรูปแบบนี้ประกอบด้วยหน่วย Solar PV ที่ติดตั้ง PCM ที่ด้านหลังของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ Solar Modules, กังหันลม Wind Turbine, แบตเตอรี่ Battery และโรงงานผลิตก๊าซชีวภาพ Biogas Plant .. วัสดุเปลี่ยนสถานะ Phase Change Materials: PCMs ใช้สำหรับทั้งทำความเย็น และเก็บความร้อนส่วนเกิน “ความจุความร้อนของ PCM ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิหลอมเหลวของ PCM และความจุความร้อนแฝง” .. นักวิทยาศาสตร์เน้นย้ำว่า “แคลเซียมคลอไรด์เฮกซาไฮเดรต Calcium Chloride Hexahydrate: CaCl2H12O6 ซึ่งมีจุดหลอมเหลวประมาณ 30 oC และความจุความร้อนแฝง 191 KJ/Kg เป็นที่นิยมสำหรับการถูกใช้เป็นสารเปลี่ยนสถานะ PCM” ..
ชุดแบตเตอรี่ ทำหน้าที่เป็นแหล่งสำรองพลังงาน เมื่อการผลิตกำลังไฟฟ้าจาก Solar PV และลม ไม่ครอบคลุมความต้องการทั้งหมด และความจุของแบตเตอรี่นั้น ต้องขึ้นอยู่กับพลังงานที่ต้องใช้ต่อวัน ประสิทธิภาพของชุดแบตเตอรี่ และความต้องการพลังงาน กังหันลม ระบบ Solar PV และแบตเตอรี่ เชื่อมต่อกับ DC bus และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าก๊าซชีวภาพ และโหลดไฟฟ้าเชื่อมต่อกับบัสไฟฟ้ากระแสสลับ AC bus รวมทั้งตัวแปลง Converter เพื่อแปลง AC เป็น DC หรือในทางกลับกัน ..
การออกแบบระบบไฟฟ้าไฮบริด Hybrid Electric System หรือ Hybrid Power System รูปแบบนี้ ได้รับการทดสอบในพื้นที่จริงแห่งหนึ่งในเมืองเชนไน Chennai ประเทศอินเดีย ซึ่งมีสภาพอากาศร้อน และชื้น .. “รูปแบบโหลดไฟฟ้า Electric Load Profile เป็นปัจจัยหลักที่มีอิทธิพลต่อการออกแบบ และเพิ่มประสิทธิภาพของระบบพลังงานไฮบริดแบบบูรณาการ” กลุ่มนักวิจัยชาวอังกฤษกล่าวเน้นว่า “เป็นเรื่องสำคัญมากที่จะต้องรู้ว่า โหลดกำลังไฟฟ้าแตกต่างกันอย่างไรในช่วงวันธรรมดา และวันหยุดสุดสัปดาห์ เพื่อให้ระบบไฮบริด Hybrid Power System สามารถใช้ทรัพยากรพลังงานให้เกิดประโยชน์สูงสุดด้วยต้นทุนขั้นต่ำสุด” .. โหลดไฟฟ้าของอาคารสถานที่ และบ้านเรือน ประกอบด้วย เครื่องปรับอากาศ คอมพิวเตอร์ พัดลม เครื่องใช้ไฟฟ้า อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และเครื่องจักรอื่น ๆ ที่ใช้ในครัวเรือน เป็นต้น ..
ตัวอย่างการทดสอบทดลองที่กล่าว ใช้ขั้นตอนลำดับการประมวลผลการควบคุม Control Algorithm เพื่อเพิ่มการผลิตพลังงานลม และพลังงานแสงอาทิตย์ให้สูงสุด ลดการใช้พลังงานสำรองจากชุดแบตเตอรี่ และลดการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าก๊าซชีวภาพ เพื่อลดการปล่อยคาร์บอน ด้วยการกำหนดค่าที่เหมาะสมที่สุดสำหรับระบบมาจากการผนวกรวมระบบ Solar PV ขนาด 224 KW ที่ติดตั้งวัสดุเปลี่ยนสถานะ Phase Change Materials: PCMs, กังหันลมขนาด 206 KW, เครื่องกำเนิดไฟฟ้าก๊าซชีวภาพขนาด 420 KW, ชุดแบตเตอรี่ขนาด 633 Ah และตัวแปลงไฟฟ้า Converter ขนาด 170 KW ..
ต้นทุนปัจจุบันสุทธิของการกำหนดค่าตามตัวอย่างนี้ คือ 1.43 ล้านเหรียญสหรัฐฯ และต้นทุนพลังงานตามระดับต่อหน่วยตลอดอายุการใช้งาน Levelized Cost of Energy: LCOE ถูกประเมินโดยทีมวิจัยที่ 0.094 เหรียญสหรัฐฯ/KWh .. ค่าตัวเลขเหล่านี้ ถูกนำมาเปรียบเทียบกับค่าของการออกแบบระบบเดียวกันที่ไม่มีการเก็บพลังงานด้วย PCM พบว่า มีค่าต่ำกว่าอย่างเห็นได้ชัด ..
“สำหรับระบบไฟฟ้าไฮบริด Hybrid Electric System นอกโครงข่ายระบบสายส่งกริดไฟฟ้า ที่ใช้พลังงานจากลม ก๊าซชีวภาพ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า แบตเตอรี่ การรวมวัสดุเปลี่ยนสถานะ PCMs กับแผงเซลล์แสงอาทิตย์ Solar PV ส่งผลให้ประหยัดเงินได้ 0.22 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ในแง่ของต้นทุนปัจจุบันสุทธิ และลดต้นทุนของพลังงานของระบบตั้งแต่ 0.099 เหรียญสหรัฐฯ/KWh ถึง 0.094 เหรียญสหรัฐฯ/KWh” นักวิจัยกล่าว “พวกเราได้ดำเนินการวิจัยนี้ในพื้นที่ที่ไม่มีโครงข่ายระบบไฟฟ้า ดังนั้น การวิจัยในอนาคตนั้น ต้องตรวจสอบด้วยว่า จะสามารถนำระบบ Hybrid Power นี้ไปใช้บนโครงข่ายระบบสายส่งกำลังไฟฟ้าได้อย่างไร” ..
ระบบไฟฟ้าไฮบริด Hybrid Power System และแหล่งพลังงานแบบกระจาย ระบบเครือข่ายโรงไฟฟ้าเสมือน Virtual Power Plants: VPP รูปแบบลูกผสมที่หลากหลาย ..
ระบบพลังงานไฮบริด Hybrid Power เป็นการผสมผสานระหว่างเทคโนโลยีต่าง ๆ เพื่อผลิตกำลังไฟฟ้า .. ความแปรปรวนของแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ และพลังงานลม ยังคงเป็นข้อกังวลหลัก แม้ว่าต้นทุนของอุปกรณ์แปลงพลังงานจะลดลงอย่างมากก็ตาม .. วิธีหนึ่งในการปรับปรุงความน่าเชื่อถือของกำลังไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานเหล่านี้ คือ การผนวกรวมแหล่งพลังงานหมุนเวียนจากหลายแหล่งเข้าด้วยกันมากกว่าหนึ่งแหล่ง และจัดวางระบบจัดเก็บพลังงานเข้าไว้พร้อมด้วยตามศักยภาพในอาคารสถานที่ ท้องถิ่น ชุมชน หรือพื้นที่ห่างไกล ซึ่งเรียกว่า ระบบพลังงานหมุนเวียนแบบผสมผสาน Hybrid Renewable Energy System: HRES ..
ในทางวิศวกรรมกำลัง คำว่า ‘ลูกผสม Hybrid’ หมายถึง การผนวกรวมแหล่งพลังงาน และระบบจัดเก็บพลังงาน คล้ายคลึงกับเครือข่ายโรงไฟฟ้าเสมือน Virtual Power Plants: VPP ขนาดย่อมสำหรับครัวเรือน และชุมชน หรือพื้นที่ห่างไกลไม่ว่าจะอยู่ใน หรือนอกโครงข่ายระบบสายส่งกำลังไฟฟ้าก็ตาม ..
ตัวอย่างของแหล่งผลิตกำลังไฟฟ้าที่ใช้ในระบบพลังงานไฮบริด Hybrid Power System ได้แก่ เซลล์แสงอาทิตย์ Solar Photovoltaics : Solar PV, กังหันลม Wind Turbines และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเครื่องยนต์ประเภทต่าง ๆ Engine Generators เช่น เครื่องปั่นไฟ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชื้อเพลิงน้ำมันดีเซล เป็นต้น ..
โรงไฟฟ้าไฮบริด Hybrid Power Plants มักประกอบด้วยส่วนประกอบแหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น Solar PV-Wind & Biogas ที่สมดุลผ่านรูปแบบการผลิต การจัดเก็บ และการส่งจ่ายกำลังไฟฟ้า เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล Diesel Generator Set, เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน Hydrogen Fuel Cell หรือระบบจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่ นอกจากนี้ ยังสามารถผนวกพลังงานทางเลือก และพลังงานหมุนเวียนในรูปแบบอื่น ๆ เช่น พลังงานความร้อนสำหรับการใช้งานบางอย่าง หรือแหล่งพลังงานสะอาดในลักษณะของเครือข่ายโรงไฟฟ้าเสมือน Virtual Power Plant : VPP ที่กระจายอยู่ในพื้นที่เป็นต้นได้อีกด้วย ..
การวางระบบ Hybrid Power ลูกผสมด้วยระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบลอยตัว “โฟลตโวลทาอิค Floatovoltaics” หรือ “Hydro & Solar Power System” บนแหล่งน้ำขนาดใหญ่ และผนวกการทำงานร่วมกับ ระบบไฟฟ้าพลังน้ำ และระบบสูบกลับ Hydroelectric Energy มีข้อได้เปรียบอย่างมากเมื่อเทียบกับแหล่งพลังงานทดแทนรูปแบบอื่น ๆ .. ทั้งนี้ พลังงานแสงอาทิตย์แบบลอยตัว Floating Solar PV มักจะถูกเติมลงไปในระบบไฟฟ้าพลังน้ำที่มีอยู่ก่อนแทนที่จะสร้างทั้งสองอย่างเคียงกันบนบก ทั้งนี้ มีตัวอย่างมากมายในการผนวกรวมแหล่ง Floating Solar PV บนแหล่งน้ำ ร่วมกับพลังงานจากทุ่งกังหันลม และระบบผลิต และจัดเก็บพลังงานไฮโดรเจน Hydrogen Production & Storage รวมทั้งสถานีไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน Hydrogen Fuel Cell Plant ไว้พร้อมด้วย
ลักษณะเช่นเดียวกับ “โรงไฟฟ้าลำตะคองชลภาวัฒนา และศูนย์การเรียนรู้ กฟผ.ลำตะคอง” ณ เขื่อนลำตะคองบน ‘เขายายเที่ยง’ อ.สีคิ้ว จ.นครราชสีมา ซึ่งสาธิตการพัฒนาระบบพลังงานลูกผสม Hybrid Power System สู่แหล่งพลังงานหมุนเวียนที่ใหญ่ที่สุดในประเทศ ทั้งโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับ, Solar PV บนหลังคาอาคารสถานที่, ระบบจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่, ระบบจัดเก็บพลังงานไฮโดรเจน, ทุ่งกังหันลม ถือเป็นระบบสถานีระบบพลังงานลูกผสม Hybrid Power ที่ใหญ่ที่สุดในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ และล่าสุดกับการเป็นผู้นำเทคโนโลยี ‘Hydro-Wind-Solar-Hydrogen Hybrid Power’ แห่งแรก และแห่งเดียวในเอเชียของไทย ซึ่งจะทำให้ระบบสถานีไฟฟ้าลูกผสมรูปแบบนี้นั้น ได้รับการพิสูจน์สาธิตให้เห็นว่า พวกมันมีความสมบูรณ์ในตัวอย่างยิ่ง และสามารถส่งจ่ายกำลังไฟฟ้าให้แก่พื้นที่ชุมชนเมืองขนาดใหญ่ ทั้งใน และนอกโครงข่ายระบบสายส่งกำลังไฟฟ้า Electrical Grid ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และเชื่อถือได้ด้วยความมั่นใจ ..
ตัวอย่างหนึ่งสำหรับระบบพลังงานไฮบริด Hybrid Power System เช่น แผงเซลล์แสงอาทิตย์ ควบคู่กับกังหันลม Photovoltaic Array Coupled with a Wind Turbine นั้นถือได้ว่า กำลังเป็นที่นิยมมากที่สุดในปัจจุบัน .. สิ่งนี้จะสร้างผลผลิตกำลังไฟฟ้าจากกังหันลมมากขึ้นในช่วงฤดูหนาว ในขณะที่ในช่วงฤดูร้อน แผงโซลาร์เซลล์ จะให้ผลผลิตสูงสุด .. ระบบพลังงานไฮบริด Hybrid Energy Systems มักจะให้ผลตอบแทนทางเศรษฐกิจ และสิ่งแวดล้อมมากกว่าระบบพลังงานลม พลังแสงอาทิตย์ ความร้อนใต้พิภพ แยกกันทำงาน หรือระบบแบบแยกเดี่ยวอื่น ๆ จะสามารถทำได้ ..
การใช้ระบบ Wind-Solar Systems ร่วมกัน ส่งผลให้ในหลาย ๆ แห่งมีกำลังไฟฟ้าที่ราบรื่นขึ้น เนื่องจากการที่ธรรมชาติแหล่งทรัพยากรที่เป็นพลังงานทางเลือก พลังงานหมุนเวียนนั้น มักไม่สัมพันธ์กัน และแปรผันสูง ดังนั้น การใช้พลังงานลม และเซลล์แสงอาทิตย์ร่วมกัน จึงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการผนวกรวมเข้ากับโครงข่ายระบบสายส่ง หรือกริดไฟฟ้าขนาดใหญ่ รวมทั้งระบบจัดเก็บพลังงานในพื้นที่อีกด้วย ..
ระบบไฟฟ้าไฮบริดพลังน้ำ และพลังลมลูกผสม Hydro & Wind Hybrid Power เป็นอีกหนึ่งในรูปแบบ Hybrid Power ที่น่าสนใจบนโครงข่ายระบบสายส่ง หรือในพื้นที่ห่างไกลนอกระบบสายส่ง .. แหล่งพลังงานลม และศักยภาพในการผลิตนั้น แปรผันโดยเนื้อแท้อย่างมาก อย่างไรก็ตาม เมื่อใช้แหล่งพลังงานลมนี้สูบน้ำเข้าอ่างเก็บน้ำที่ระดับความสูง พลังงานศักย์ของน้ำจะค่อนข้างคงที่ และสามารถนำไปใช้ผลิตพลังงานไฟฟ้าได้โดยการปล่อยลงในโรงไฟฟ้าพลังน้ำเมื่อจำเป็น ..
การรวมกันนี้ได้รับการอธิบายว่า เหมาะสมอย่างยิ่งกับเกาะต่าง ๆ ที่ไม่ได้เชื่อมต่อกับโครงข่ายระบบสายส่งกริดไฟฟ้าขนาดใหญ่ .. อย่างไรก็ตาม ในบางพื้นที่ ปริมาณอ่างเก็บน้ำอาจไม่เพียงพอ และปัญหาถาวรเกี่ยวกับความเสถียรของโครงข่ายไฟฟ้า ทั้งนี้ระบบพลังงานหมุนเวียน 100% รูปแบบนี้ ต้องการแหล่งพลังงานลม หรือพลังงานแสงอาทิตย์ปริมาณมากเกินไป ทำให้หากไม่ผนวกแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และระบบจัดเก็บพลังงานที่พียงพอไว้ด้วยแล้ว ความสำเร็จในการแผนแบบเชิงพาณิชย์ก็เป็นไปได้ไม่ง่ายนัก ..
สำหรับรูปแบบของ ระบบไฟฟ้าลูกผสม Solar PV และความร้อนจากแสงอาทิตย์ นั้น .. แม้ว่า Solar PV จะสร้างพลังงานแบบไม่ต่อเนื่องในช่วงเวลาที่มีแสงน้อย แต่ก็ต้องการการสนับสนุนจากแหล่งผลิตพลังงานที่ยั่งยืนเพื่อให้มีพลังงานตลอด 24 ชั่วโมง ซึ่งโรงไฟฟ้าพลังความร้อนจากแสงอาทิตย์พร้อมที่เก็บความร้อน คือ การผลิตไฟฟ้าที่สะอาดอย่างยั่งยืนเพื่อจ่ายไฟฟ้าได้ตลอด 24 ชั่วโมงได้อย่างต่อเนื่องเพียงพอ .. พวกมันสามารถตอบสนองความต้องการโหลดได้อย่างสมบูรณ์ และทำงานเป็นโรงไฟฟ้าพลังความร้อนพื้นฐานเมื่อพบพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนเกินในหนึ่งวันมาจัดเก็บไว้ในรูปพลังงานความร้อน การผสมผสานที่เหมาะสมของความร้อนจากแสงอาทิตย์ประเภทการจัดเก็บความร้อน และ Solar PV สามารถจับคู่แก้ไขความผันผวนของโหลดได้อย่างเต็มที่โดยไม่จำเป็นต้องติดตั้งระบบจัดเก็บพลังงานด้วยชุดแบตเตอรี่ที่มีราคาแพง ..
ระบบไฟฟ้าไฮบริดพลังงานลมไฮโดรเจน Wind-Hydrogen System เป็นอีกรูปแบบที่มีสถานีทดสอบทดลองมากที่สุดทั่วโลก .. พวกมัน คือ วิธีหนึ่งในการจัดเก็บพลังงานลมไว้ด้วยการผลิตไฮโดรเจนสีเขียว Green Hydrogen ผ่านอิเล็กโทรไลซิสเพื่อแยกน้ำ Water Electrolysis .. ไฮโดรเจนเหล่านี้จะถูกใช้เพื่อผลิตกำลังไฟฟ้าในช่วงเวลาที่ความต้องการ ..
ไฮโดรเจนสีเขียว Green Hydrogen ที่จัดเก็บไว้ปริมาณมากจากแหล่งพลังงานลม สามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าผ่านเทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิง Fuel Cell หรือนำไปจุดระเบิดโดยตรงผ่านเครื่องยนต์สันดาปภายในในฐานะโรงไฟฟ้าหลักบนโครงข่ายระบบสายส่งได้ ซึ่งก่อนหน้านี้ การจัดเก็บไฮโดรเจนให้สำเร็จมีปัญหามากมายที่ต้องแก้ไข อย่างไรก็ตาม พัฒนาการทางเทคโนโลยี Green Hydrogen ได้ก้าวหน้าไปอย่างมากในหลายประเทศจนถึงปัจจุบัน และจากนี้ไปนั้น พบว่า กระบวนการจัดเก็บไฮโดรเจน มิได้มีปัญหาทางเทคนิคใด ๆ อีกต่อไป นอกจากประเด็นใหญ่เรื่องเดียว คือ ปัญหาเรื่องราคา ..
ทั้งนี้ การผลักดันให้ยุติการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลทั่วโลกจากแหล่งน้ำมันดิบ ก๊าซธรรมชาติ และ Shale Gas & Shale Oil รวมทั้งถ่านหิน จากผลการประชุมรัฐภาคีกรอบอนุสัญญาสหประชาชาติว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ 26th United Nations Climate Change: COP26 Conference ล่าสุดที่ Glasgow เมื่อ 31 ตุลาคม ถึง 13 พฤศจิกายน 2564 ที่ผ่านมา ได้ทำให้ไฮโดรเจนสีเขียว Green Hydrogen กลายเป็นนวัตกรรมสำคัญอีกตัวหนึ่งสำหรับภาคพลังงานที่จำเป็นต้องลดการปล่อยคาร์บอนสู่บรรยากาศ ไม่พียงแต่เพื่อการผลิตกำลังไฟฟ้าเท่านั้น แต่สำหรับโรงงานอุตสาหกรรม การขนส่ง อาคารสถานที่ ครัวเรือน และการบิน รวมทั้งจนถึงการบริโภคในภาคอุตสาหกรรม .. เทคโนโลยีของพวกมัน ได้ส่งสัญญาณชัดเจนว่า โลกพร้อมแล้วสำหรับ Hydrogen Economy ในอนาคตอันใกล้นี้ ..
ระบบไฟฟ้าลูกผสมอีกรูปแบบที่ประสบความสำเร็จ และมีความเชื่อถือสูงที่สุด ได้แก่ Solar-Wind-Diesel Hybrid Power System ซึ่งเป็นการผนวกรวมเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล Solar PV และกังหันลมเข้าด้วยกัน .. มีตัวอย่างความสำเร็จของ Hybrid Power รูปแบบเหล่านี้อย่างมากมาย .. การผนวกรวมแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน ตั้งแต่ 2 แหล่งพลังงานขึ้นไป และการวางระบบจัดเก็บพลังงานที่เหมาะสมไว้พร้อมด้วยในรูปแบบผสมผสาน Hybrid มีความสำคัญยิ่งสำหรับ Energy Transition เพื่อให้ระบบเศรษฐกิจ และสังคมของมนุษยชาติจากนี้ไป ปรับเปลี่ยนจากการพึ่งพาแหล่งพลังงานเชื้อเพลิงฟอสซิลเป็นหลัก ไปสู่การใช้แหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน Renewable Energy ที่สะอาดกว่ามากเป็นหลักได้สำเร็จในที่สุดต่อไป ..
คาดการณ์ตลาดระบบไฟฟ้าพลังแสงอาทิตย์ และพลังลมแบบผสมผสานทั่วโลก Global Hybrid Solar & Wind Electric Systems Market ..
ขนาดธุรกิจตลาดระบบไฟฟ้าพลังแสงอาทิตย์ และพลังลมแบบลูกผสม ทั่วโลก Global Hybrid Solar & Wind Electric Systems Market มีมูลค่าประมาณ 925 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2562 และได้รับการคาดหมายว่า จะพุ่งแตะระดับ 1,613 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ภายในปี 2570 .. ทั้งนี้ อัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปี Compound Annual Growth Rate : CAGR หมายถึง อัตราผลตอบแทนสำหรับการลงทุนในตลาดระบบไฟฟ้าพลังแสงอาทิตย์ และพลังลมแบบลูกผสมทั่วโลก Global Hybrid Solar & Wind Electric Systems Market ที่เติบโตจากยอดดุลเริ่มต้นไปถึงยังยอดดุลสิ้นสุด รวมสมมติฐานว่ากำไรจะถูกนำกลับมาลงทุนหมุนเวียนใหม่ทุกสิ้นปีของช่วงอายุการลงทุน อยู่ที่ค่า CAGR มากกว่า 7.2% ในช่วงระยะเวลาคาดการณ์ 2563-2570 ..
ตลาดพลังงานลม และพลังแสงอาทิตย์ แบบไฮบริด หรือรูปแบบลูกผสม กำลังได้รับความนิยมอย่างมากเนื่องจากระบบเหล่านี้ สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ตลอดทั้งปี ระบบ Hybrid Solar & Wind Electric Systems ถูกกำหนดให้เป็นระบบที่รวมแหล่งพลังานจากกังหันลม และแผงพลังงานแสงอาทิตย์ เข้าด้วยกัน และมักจะประกอบด้วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็ก และระบบจัดเก็บพลังงาน เพื่อผลิต และดึงกระแสไฟฟ้า ระบบเหล่านี้ มักจะทำงานในระดับพลังงานขนาดเล็กในช่วง 1 KW ถึง 10 KW สำหรับแผงโซลาร์เซลล์ และระบบผนวกรวมกังหันลมไว้ด้วย .. นอกจากนี้ ระบบผลิตกำลังไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ และพลังงานลมแบบไฮบริดลูกผสม ยังเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม และได้รับการพิสูจน์แล้วว่า สามารถทำกำไรได้ทั่วทั้งสหรัฐฯ สหภาพยุโรป และเอเชียแปซิฟิก ซึ่งจะช่วยเสริมความแข็งแกร่งให้กับความต้องการของตลาดระบบไฟฟ้าพลังแสงอาทิตย์ และพลังลมแบบลูกผสม ทั่วโลก ..
นอกจากนี้ การมุ่งเน้นที่การผลิตพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียนที่เพิ่มขึ้น ควบคู่ไปกับการเพิ่มขึ้นของการลงทุนในสมาร์ทกริด Smart Grid เป็นปัจจัยบางประการที่ส่งผลต่อค่า CAGR ของตลาดในช่วงระยะเวลาคาดการณ์ .. ตามรายงานของสำนักงานพลังงานทดแทนระหว่างประเทศ International Renewable Energy Agency: IREA .. แคนาดาผลิตพลังงานหมุนเวียนได้ประมาณ 79,587 MW ในปี 2552 และเพิ่มขึ้นเป็น 100,193 MW ในปี 2561 .. ตัวอย่างตามแหล่งข้อมูลของรัฐบาลแคนาดาประเทศเดียว พบการเติบโตอย่างมากในกำลังการผลิตพลังงานลม ซึ่งแตะระดับ 11,890 MW ในปี 2559 จากเพียง 351 MW ในปี 2546 ..
ในทำนองเดียวกัน ตามข้อมูลที่เผยแพร่โดย Wind Europe Organization การติดตั้งแหล่งพลังงานลมแห่งใหม่ ๆ ในยุโรปอยู่ที่ 15.4 GW ในปี 2562 เพิ่มขึ้นจาก 27% ตั้งแต่ปี 2561 ซึ่งคาดว่า จะเพิ่มความต้องการระบบไฟฟ้าพลังแสงอาทิตย์ และพลังลมแบบลูกผสม Hybrid Solar & Wind Electric Systems ซึ่งอาจมีส่วนทำให้การเติบโตของตลาดสูงขึ้นไปทั่วโลก .. อย่างไรก็ตาม การลงทุนเริ่มต้นที่เพิ่มขึ้น ประกอบกับการขาดความตระหนักรู้เกี่ยวกับการติดตั้งระบบลูกผสมในพื้นที่ห่างไกลนอกโครงข่ายระบบสายส่ง เป็นปัจจัยสำคัญบางประการที่จำกัดการเติบโตของตลาดในช่วงคาดการณ์ของปี 2563-2570 ..
ทั้งนี้ การวิเคราะห์ระดับภูมิภาคของตลาด Hybrid Solar Wind Systems ทั่วโลก พบว่า ภูมิภาคสำคัญ ๆ เช่น เอเชียแปซิฟิก อเมริกาเหนือ ยุโรป ละตินอเมริกา และส่วนที่เหลือของโลก มีความสนใจระบบลูกผสมเหล่านี้อย่างมาก .. เอเชียแปซิฟิก เป็นภูมิภาคสำคัญในแง่ของส่วนแบ่งการตลาดทั่วโลกสูงสุดอันเนื่องมาจากความต้องการการผลิตพลังงานหมุนเวียนที่เพิ่มขึ้น และการมีอยู่ของผู้จำหน่ายในตลาดจำนวนมากในภูมิภาคนี้ คาดหมายว่า ภูมิภาคเอเชียแปซิฟิกนี้ จะแสดงอัตราการเติบโตต่อปีที่ค่า CAGR สูงสุด ในช่วงคาดการณ์ 2563-2570 ปัจจัยต่าง ๆ เช่น การเพิ่มขึ้นของโครงการสมาร์ทกริดพร้อมกับจำนวนโครงการภาครัฐที่เกี่ยวข้องกับพลังงานสะอาดในประเทศกำลังพัฒนาที่เพิ่มขึ้น เช่น จีน และอินเดีย จะสร้างโอกาสการเติบโตให้กับตลาดระบบไฟฟ้าพลังแสงอาทิตย์ และพลังลมแบบลูกผสม Hybrid Solar & Wind Electric Systems Market รูปแบบที่หลากหลาย ทั่วภูมิภาคเอเชียแปซิฟิก ..
สรุปส่งท้าย ..
ระบบพลังงานไฮบริด Hybrid Power Systems ถือเป็นวิธีการใช้งานแหล่งพลังงานหลักหลายแหล่งร่วมกันอย่างมีประสิทธิภาพ .. คำจำกัดความของ Hybrid Power Systems: HPS มีอยู่อย่างมากมาย เช่น ชุดผลิตกำลังไฟฟ้าขนาดย่อมที่ผลิตกระแสไฟฟ้า หรือไฟฟ้า และความร้อน โดยมีตัวพาพลังงานหลักที่หลากหลาย จากแหล่งพลังงานทางเลือก พลังงานหมุนเวียนหลายแหล่ง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชื้อเพลิงฟอสซิล และระบบจัดเก็บพลังงานที่ติดตั้งไว้พร้อมด้วย หรือระบบไฟฟ้าที่ถูกจัดวางไว้บน Smart Grid ในขณะที่การดำเนินงานเกิดขึ้นโดยใช้ระบบควบคุมไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์อัตโนมัติ ..
Hybrid Power Systems : HPS โดยคำจำกัดความนั้น ถูกสร้างขึ้นสำหรับการผลิตกำลังไฟฟ้า หรือพลังงานไฟฟ้าร่วมกับพลังงานความร้อน .. ส่วนใหญ่เชื่อมต่อกับโครงข่ายระบบสายส่งกำลังไฟฟ้า แต่ยังสามารถทำงานได้อย่างอิสระด้วยแหล่งพลังงานที่แยกออกจากกัน จากบ้าน ครัวเรือน ในพื้นที่การเกษตร โรงงานอุตสาหกรรมขนาดเล็ก ไปจนถึงชุมชนท้องถิ่นขนาดใหญ่ .. HPS ที่เชื่อมต่อกับระบบสายส่งกริดไฟฟ้า จะสำรองพลังงานไฟฟ้า และอนุญาตให้ป้อนพลังงานส่วนเกินกลับเข้าสู่ระบบกริดเมื่อ HPS สร้างพลังงานมากกว่าความต้องการ และระบบจัดเก็บพลังงานในพื้นที่ที่ต้องการ เห็นได้ชัดว่า เป้าหมายหลักของ HPS คือการจัดหากำลังไฟฟ้าสำหรับชุมชนนอกโครงข่ายระบบสายส่ง หรือเครือข่ายระยะที่ห่างไกลออกไป ซึ่งค่าใช้จ่ายในการลากสายส่งกำลังไฟฟ้าเชื่อมต่อกับระบบกริดที่ไกลลิบลิ่วอาจไม่คุ้มค่าต่อการลงทุน ..
HPS ใช้เทคโนโลยีเฉพาะบางอย่างที่เกี่ยวข้องกับการผลิตพลังงาน เช่น อุปกรณ์ผลิตไฟฟ้าที่แตกต่างกัน Different Power Generation Devices, เทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานที่แตกต่างกัน Different Energy Storage Technologies และระบบควบคุมไมโครโปรเซสเซอร์ขั้นสูง Advanced Microprocessor Control/Supervision Systems เป็นต้น ..
หากลองจินตนาการนึกภาพโครงข่ายระบบไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน Renewable Energy ที่สะอาดกว่า รวมทั้งระบบกริดกำลังไฟฟ้าแบบลูกผสมนี้ สามารถมอบความสะดวกสบายทั้งหมดที่ผู้บริโภคคาดหวังด้วยการบริการที่มีความน่าเชื่อถือสูง และความยืดหยุ่นของระบบที่คล้ายกับหรือดีกว่าโรงไฟฟ้าแหล่งพลังงานเชื้อเพลิงฟอสซิลทั่วไป นั่นเป็นเสมือน คำมั่นสัญญาของระบบไฟฟ้าไฮบริดลูกผสม Hybrid Power System ..
ระบบ Hybrid ลูกผสมลักษณะนี้ จะช่วยเร่งการใช้แหล่งทรัพยากรลม และเซลล์แสงอาทิตย์ ในระดับยูทิลิตี้ Utility-Scale Variable Wind & PV Resources โดยแสดงให้เห็นว่าการผสมผสานแหล่งพลังงาน สามารถทำให้การเปลี่ยนผ่านเป็นพลังงานสะอาด Energy Transition เดินหน้าไปอย่างราบรื่นได้อย่างไร .. Vahan Gevorgian หัวหน้าวิศวกรของ National Renewable Energy Laboratory: NREL กล่าวไว้ “เพื่อให้โครงข่ายไฟฟ้าสามารถบูรณาการการผลิตพลังงานหมุนเวียนจำนวนมากได้อย่างประหยัด และเชื่อถือได้ จะต้องมีความสามารถในการจัดเก็บพลังงานรูปแบบต่าง ๆ ที่แข็งแกร่ง และการคิดทบทวนมูลค่าของสินทรัพย์พลังงานหมุนเวียนที่นำเข้าสู่โครงข่ายระบบสายส่งกริดไฟฟ้า หรือระบบ Smart Grid นอกโครงข่ายระบบสายส่งที่เพิ่มขึ้นได้” ..
เพื่อสนับสนุนการเปลี่ยนแปลงระบบพลังงานไปสู่การใช้ Renewable 100% นั้น นักวิจัยได้ทดสอบระบบไฟฟ้าลูกผสม Hybrid Power กับระบบจัดเก็บพลังงานที่หลากหลาย เช่น การจัดเก็บพลังงานน้ำแบบสูบกลับ Pumped Storage Hydropower, แบตเตอรี่ Battery, ไฮโดรเจน Hydrogen, แบตเตอรี่แบบไหล Flow Battery, การจัดเก็บพลังงานศักย์ และพลังงานจลน์ Potential & Kinetic Energy, และอุลตร้าคาปาซิเตอร์ Ultracapacitor Energy Storage เป็นต้น ..
นอกจากนี้ กลยุทธ์การใช้ระบบควบคุมขั้นสูง และเทคนิคการพยากรณ์ทรัพยากร สามารถปรับปรุงความสามารถในการจัดส่ง และความพร้อมใช้งานของการสร้างตัวแปรได้โดยการใช้ประโยชน์จากธรรมชาติที่เสริมกันของทรัพยากรพลังงานลม และ Solar PV รวมทั้งปัจจัยด้านกำลังการผลิตที่เพิ่มขึ้นสำหรับการผนวกรวมแหล่งหมุนเวียนอื่น ๆ .. การคาดการณ์ที่ได้รับการปรับปรุงช่วยให้ระบบพลังงานไฮบริด Hybrid Power Systems ลูกผสมเหล่านี้ สามารถมีส่วนร่วมในตลาดพลังงาน และบริการเสริมในลักษณะเดียวกับที่โรงไฟฟ้าแหล่งเชื้อเพลิงฟอสซิลทั่วไปทำได้ ..
ด้วยการผนวกรวมแหล่งผลิตกำลังไฟฟ้า การจัดเก็บพลังงาน การควบคุมที่ก้าวหน้า และการคาดการณ์พัฒนาการระบบ Hybrid Power System และโรงไฟฟ้าแบบไฮบริด Hybrid Power Plant ได้ทำให้ผู้ปฏิบัติงานที่เกี่ยวข้อง สามารถบรรลุความประหยัดต่อขนาดความจุได้ด้วยการแบ่งปันแหล่งพลังงานที่กระจายอยู่ในพื้นที่ .. โรงไฟฟ้า หรือสถานีไฟฟ้าลูกผสมเหล่านี้ ทำงานเช่นเดียวกับ เครือข่ายโรงไฟฟ้าเสมือน Virtual Power Plant: VPP และยังสามารถให้บริการส่งจ่ายกำลังไฟฟ้าด้วยความเชื่อถือสูง ตัวอย่างเช่น โรงไฟฟ้าไฮบริดลูกผสม สามารถให้การสตาร์ทแบบ Self-Black เร่งด่วนได้เช่นเดียวกับระบบไฟฟ้าทั่วไปในโหมด Islanded และสามารถปรับขนาดได้ตั้งแต่ไมโครกริดขนาดเล็ก ขนาดย่อม ไปจนถึงระบบไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่เชื่อมต่อถึงกันทั้งใน และนอกโครงข่ายระบบสายส่งบนระบบสาธารณูปโภคทั่วไปของภาครัฐ ..
โรงไฟฟ้าพลังงานหมุนเวียนแบบไฮบริด Hybrid Renewable Energy Plants ได้นำเสนอภาคพลังงานระดับชาติ และระดับโลก Global Energy Sectors ให้รู้จักกับระบบไฟฟ้าลูกผสมประเภทใหม่ ๆ ที่เป็นโอกาสทางธุรกิจสำหรับการลงทุนใน Green Finance ได้อย่างสอดคล้องในยุคนี้ .. คุณค่าของสินทรัพย์พลังงานทางเลือก พลังงานหมุนเวียน และการนำกลยุทธ์สำหรับการประยุกต์ใช้งานสิ่งเหล่านี้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น เพื่อลดความสูญเปล่า เพิ่มกำลังผลิตพลังงานสะอาด และแก้ปัญหาความผันแปรสูงของแหล่งพลังงานแสงอาทิตย์ และพลังงานลม .. ผลลัพธ์ที่ได้ หมายถึงการให้บริการแหล่งส่งจ่าย และจัดเก็บกำลังไฟฟ้าที่สะอาดกว่า ปลอดภัย และยืดหยุ่นมากขึ้น
คุณภาพที่สูงขึ้น และราคาที่ลดลง ของเซลล์แสงอาทิตย์ กังหันลม และชุดแบตเตอรี่รุ่นใหม่ ๆ ในตลาด กับต้นทุนที่ลดลงเรื่อย ๆ ของพลังงานทางเลือก พลังงานทดแทน และพลังงานหมุนเวียน รวมถึงเทคโนโลยีพลังงานไฮโดรเจน กำลังเปลี่ยนระบบเศรษฐกิจ และสังคมของมนุษยชาติไปตลอดกาล .. การพึ่งพาแหล่งพลังงานเชื้อเพลิงฟอสซิลที่อยู่ลึกลงไปใต้ดิน หรือจากหินภูเขาดินดาน รวมถึงเชื้อเพลิงถ่านหินด้วยเป็นหลักนั้น กำลังจะกลายเป็นอดีต ..
และถึงแม้มันอาจจะมาถึงในเวลานานกว่า 10-15 ปีจากนี้ไปก็ตาม แต่ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในการผนวกรวมแหล่งพลังงานหลายแหล่ง เครือข่ายโรงไฟฟ้าเสมือน Virtual Power Plant: VPP และระบบจัดเก็บพลังงานบนโครงข่ายระบบไฟฟ้าแบบลูกผสม Hybrid Power System, ปัจจัยราคาต้นทุนเริ่มต้นในระบบพลังงานสะอาดกว่าที่ค่อย ๆ ลดลงต่อเนื่อง รวมทั้งความมุ่งมั่นของมนุษยชาติทั่วโลกเพื่อให้แนวคิด Net Zero Emissions ในปี 2050 หรือ พ.ศ.2593 บรรลุสู่ความสำเร็จ จึงเป็นไปได้ในที่สุด ซึ่งรวมถึงประเทศไทยด้วย ..
………………………………………..
คอลัมน์ : Energy Key
By… โลกสีฟ้า
สนับสนุนคอลัมน์ โดย E@ บริษัท พลังงานบริสุทธิ์ จำกัด (มหาชน)
ขอบคุณเอกสารอ้างอิง :-
Hybrid Wind and Solar Electric Systems | US DOE :-
https://www.energy.gov/energysaver/hybrid-wind-and-solar-electric-systems
A Hybrid Wind – Solar – Biogas System Design including Battery & Thermal Storage from PV Modules’ Excess Heat | PV Magazine :-
Optimization of a Novel Hybrid Wind Bio Battery Solar Photovoltaic System Integrated with Phase Change Material :-
https://www.mdpi.com/1996-1073/14/19/6373/htm
Global Hybrid Solar Wind Systems Market :-
Hybrid Solar Wind Systems Market Trends – 2021, Segment Scope and Size, Business Share and Growth, Key Regions with Estimates, Projections and Strategies to 2027 :-
Hybrid Solar Wind Kits Turbine Off – Grid Kits :-
https://www.bluepacificsolar.com/hybrid-solar-wind.html
Alternate Energy Company Wind – Solar Hybrid Systems :-
Stand Alone Power Hybrid System :-
https://photos.app.goo.gl/3VTXRHCSof7RG3U9A
Hybrid Energy Systems that Consist of Solar PV, Wind, Storage Batteries & Diesel Engine Generator System :-
