พลังงานจากน้ำพุร้อน

โลกที่เราอาศัยอยู่นี้เป็นแหล่ง สำรองพลังงานความร้อนขนาดมหึมา พลังงานนี้ซ่อนลึกอยู่ภายใต้ชั้นต่าง ๆ ของพื้นผิวโลกและจะถูกนำขึ้นมาสู่พื้นผิวโลกโดยผ่านทางภูเขาไฟ บ่อน้ำร้อนและน้ำพุร้อน ใต้พื้นธรณีของเรา มีทรัพยากรอันล้ำค่าอยู่มากมาย และถ้าเราได้เรียนรู้วิธีการควบคุมและใช้ทรัพยากรอย่างเหมาะสมแล้วทรัพยากรเหล่านี้ก็ให้ ประโยชน์แก่มวลมนุษย์ทั้งโลกมากมายเลยทีเดียว

เมื่อพูดถึงภูเขาไฟ โดยทั่ว ๆ ไปแล้วเราก็จะนึกถึงภูเขารูปกรวยคว่ำขนาด ใหญ่ที่ระเบิดพวยพุ่งส่งเปลวไฟ ก๊าซ และก้อนหินปลิวขึ้นไปในท้องฟ้า การปะทุ อย่างขนานใหญ่ของภูเขาไฟบางครั้งก็ให้สิ่งล้ำค่าออกมานั่นคือ พลังงานปริมาณมหาศาลในรูป ของไอน้ำและความร้อนนั่นเอง อย่างไรก็ตามเท่าที่ผ่านมา มนุษย์สามารถควบคุมและใช้ประโยชน์ จากพลังงานนี้ได้เพียงส่วนน้อยนิดเท่านั้น ในบางประเทศมีการนำเอาพลังไอน้ำจากภูเขาไฟไปใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าและผลิตสารเคมีหลายชนิด เช่น กรดบอริก (BORIC ACID) เป็นต้น ตัวอย่างเช่นในประเทศอิตาลี มีระบบผลิตพลังงานทั้งระบบโดยอาศัยไอน้ำร้อนจากใต้พื้นพิภพ และระบบนี้ยังให้วัตถุดิบที่สำคัญมาใช้ในงานอุตสาหกรรมเคมีอีกด้วย

ในบางส่วนของโลกจะมีน้ำร้อนตามธรรมชาติอยู่ลึกลงไปใต้พื้นดิน ถ้าน้ำร้อนค่อย ๆ ซึมเอ่อขึ้นมาบนพื้น ผิวโลกเราเรียกว่า บ่อน้ำร้อน แต่ถ้าหากว่ามันปะทุพวยพุ่งสูงขึ้นไปในอากาศ เราก็เรียกว่า น้ำพุร้อน ในบางประเทศน้ำร้อนและไอน้ำถูกนำมาใช้ใน การผลิตกระแสไฟฟ้า และแจกจ่ายความร้อนและน้ำร้อนเพื่อใช้ในการอุปโภค บริโภค ดังเช่น ประเทศไอซแลนด์ ซึ่งมีน้ำพุร้อนอยู่มากมายหลายแห่งและมีบ่อน้ำร้อนที่จัดได้ว่าอยู่ในบรรดาบ่อน้ำร้อนที่ร้อนที่สุดในโลกด้วย น้ำพุและบ่อน้ำร้อนเหล่านี้เกิดอยู่ท่ามกลางแหล่งหินละลายอันทุรกันดารใกล้กรุงเรกยะวิก (REYKJAVIK) เมืองหลวงของประเทศ น้ำร้อนจากเครือข่ายของบ่อน้ำร้อนอันกว้างใหญ่นี้ถูกส่งไปตามท่อเพื่อใช้เป็นน้ำร้อนและทำความอบอุ่นให้กับบ้านเรือน โรงพยาบาลโรงเรียน และอาคารสาธารณะต่าง ๆ

ในประเทศนิวซีแลนด์ก็มีบ่อน้ำร้อน และน้ำพุร้อนอยู่มากมายเช่นเดียวกับที่พบในประเทศ ไอซแลนด์ และที่ป่าสงวนแห่งชาติเยลโลว์สโตน (YELLOWSTONE) ของประเทศสหรัฐอเมริกา เช่นเดียวกับที่ประเทศอิตาลี วิศวกรของนิวซีแลนด์ได้สร้าง โรงงานผลิตพลังงานไฟฟ้าจากไอน้ำร้อนที่อยู่ใต้ดินด้วย

ในพื้นที่บางแห่งตามชายฝั่งทะเลด้าน มหาสมุทรแอตแลนติคของประเทศฝรั่งเศส สภาพน้ำขึ้น น้ำลง เป็นภาพที่น่าตื่นตาตื่นใจเป็นอย่างยิ่ง เกาะมองแซงมิเชล (MONT-SAINT- MICHEL) แสดงให้เห็นเป็นอย่างดีว่า เมื่อน้ำลง เกาะมองแซงมิเชลจะกลายเป็นส่วนหนึ่งของ แผ่นดินใหญ่ของประเทศฝรั่งเศส และเมื่อกระแสน้ำค่อย ๆ เอ่อสูงขึ้น น้ำจะล้อมรอบแผ่นดินนี้ ทำให้กลายสภาพเป็นเกาะ ในช่วงเวลาน้ำขึ้นนี้ การเดินทางไปสู่เกาะจะกระทำได้ก็โดยทางเรือหรือ โดยเส้นทางที่มีความยาวหนึ่งไมล์ซึ่งเชื่อมตัวเกาะกับแผ่นดินใหญ่ นักวิทยาศาสตร์ได้อาศัย สภาวะน้ำที่ขึ้นสูงเป็นพิเศษนี้เป็นตัวจ่ายพลังงานให้แก่สถานผลิตไฟฟ้าพลังน้ำขึ้น น้ำลงที่ชายฝั่ง ของประเทศฝรั่งเศส

ในปัจจุบันหลายประเทศกำลังศึกษา วิจัยและพัฒนาการนำพลังงานความร้อนใต้พิภพในระบบ หินร้อนแห้ง (Hot Dry Rock) มาใช้ ซึ่งพลังงานความร้อนมาจากหินอัคนีที่สามารถกักเก็บความร้อนมาก แต่เป็นหินเนื้อแน่น ไม่มีรอยแตกและไม่มีน้ำร้อนเก็บกักอยู่ โดยการเจาะหลุมลงไปอย่างน้อย 2 หลุม ทำให้หินเกิดรอยแตก อาจโดยวิธีการระเบิดหรืออัดน้ำที่มีความดันสูงลงไป และอัดน้ำเย็นตามลงไปซึ่งความร้อนที่มีอยู่ในหินจะทำให้น้ำร้อนขึ้น และไหลเวียนยู่ในรอยแตก ส่วนหลุมที่สองเจาะเพื่อสูบน้ำร้อนขึ้นมาใช้ โดยการเจาะตัดแนวรอยแตก หากการวิจัยนี้ประสบความสำเร็จจะเป็นการเปิดมิติใหม่ในการนำพลังงานความร้อนใต้พิภพมาใช้ประโยชน์

พลังงานความร้อนใต้พิภพเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่ใช้ไม่รู้หมดสิ้น ให้เห็นในรูปของน้ำพุร้อน ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติที่มีน้ำร้อนไหลขึ้นมาจากใต้ผิวดินแสดงให้เห็นว่าภายในโลกยังคงมีความร้อนอยู่ จึงเป็นแหล่งพลังงานรูปแบบหนึ่งที่สามารถนำมาพัฒนาใช้ประโยชน์ด้านต่างๆ เช่น การผลิตกระแสไฟฟ้า ด้านอุตสาหกรรมและการเกษตรกรรม อีกทั้งยังพัฒนาเป็นแหล่งท่องเที่ยวได้อีกด้วย โดยประเภทการใช้ประโยชน์ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของน้ำพุร้อน อัตราการไหลของน้ำพุร้อน และลักษณะโครงสร้างของชั้นหินที่เป็นหินกักเก็บและเป็นช่องทางการนำน้ำพุร้อนขึ้นมาสู่ผิวโลก

สภาพปัจจุบันของแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพของไทย มักจะพบอยู่ในบริเวณหินภูเขาไฟที่ดับแล้ว หรืออยู่บริเวณที่ใกล้มวลหินแกรนิต และหินตะกอนอายุต่างๆ กัน จากข้อมูลการสำรวจแหล่งน้ำพุร้อนของกรมทรัพยากรธรณี ปี พ.ศ. 2530 พบแหล่งน้ำพุร้อนแล้วมากกว่า 100 แห่ง กระจายอยู่ในทุกภูมิภาค ยกเว้นภาคตะวันออกเฉียงเหนือ และมีอุณหภูมิน้ำร้อนที่ผิวดินอยู่ในช่วง 40-100oC

การพัฒนาพลังงานความร้อนใต้พิภพและการใช้ประโยชน์

แหล่งน้ำพุร้อนหลายแหล่ง บริเวณภาคเหนือมีศักยภาพสูง สามารถพัฒนาผลิตกระแสไฟฟ้า หรือใช้ประโยชน์โดยตรง หน่วยงานต่างๆ ที่ได้ดำเนินการสำรวจแหล่งน้ำพุร้อน เช่น การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทยได้สำรวจแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพ เพื่อต้องการใช้เป็นพลังงานในการผลิตกระแสไฟฟ้า กรมทรัพยากรธรณีและมหาวิทยาลัยเชียงใหม่ศึกษาเพื่อจำแนกขนาดของศักยภาพแหล่งพลังงานความร้อนแต่ละแหล่ง และกรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน สำรวจพัฒนาใช้ประโยชน์จากน้ำพุร้อนโดยตรงเพื่อการอบแห้งพืชผลเกษตรกรรม

ด้านการผลิตกระแสไฟฟ้า

เนื่องจากพลังงานความร้อนใต้พิภพเป็นพลังงานทดแทน (Alternative Energy) ก่อให้เกิดมลภาวะน้อยกว่าพลังงานที่มาจากแหล่งพลังงานฟอสซิล จำพวกปิโตรเลียม และ ถ่านหิน ในหลายประเทศจึงมีการพัฒนาแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า โรงงานผลิตไฟฟ้าจากพลังงานความร้อนใต้พิภพแห่งแรกสร้างขึ้นในปี ค.ศ.1904 ที่เมือง Laderello ประเทศอิตาลี ปัจจุบันมีการสำรวจและนำพลังงานความร้อนใต้พิภพขึ้นมาผลิตกระแสไฟฟ้าในประเทศต่างๆ ทั่วโลกแล้วประมาณ 9,500 เมกะวัตต์ โดยอัตราการขยายตัวในการนำพลังงานความร้อนใต้พิภพขึ้นมาใช้เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าในภาพรวมของประเทศต่างๆ ทั่วโลก ประมาณ 16.5 เปอร์เซ็นต์ต่อปี ในปี ค.ศ.1990 ประเทศที่สามารถผลิตไฟฟ้าจากพลังงานความร้อนใต้พิภพได้มากที่สุด คือ ประเทศสหรัฐอเมริกา รองลงมา คือ ประเทศฟิลิปปินส์ และประเทศอิตาลีตามลำดับ และมีอีกหลายๆ ประเทศที่กำลังมีโครงการเพิ่มกำลังผลิตและเริ่มมีการผลิต เช่น ประเทศอินโดนีเซีย ไอซ์แลนด์ อิตาลี เม็กซิโก ญี่ปุ่น และนิวซีแลนด์ เป็นต้น ในกรณีที่แหล่งกักเก็บมีอุณหภูมิสูงกว่า 180 องศาเซลเซียส และมีความดันมากกว่า 10 บรรยากาศ จะสามารถแยกไอน้ำร้อนมาหมุนกังหันผลิตไฟฟ้าได้โดยตรง เช่นเดียวกับโรงไฟฟ้าพลังความร้อนทั่วไป เนื่องจากแหล่งกักเก็บที่มีอุณหภูมิสูงมากๆ ของไหลจะอยู่ในสภาพของไอน้ำร้อนปนกับน้ำร้อน ในกรณีที่แหล่งกักเก็บมีอุณหภูมิสูงปานกลาง (อุณหภูมิต่ำกว่า 180 องศาเซลเซียส) และมีปริมาณน้ำร้อนมากจะต้องอาศัยของเหลวบางชนิดที่มีจุดเดือดต่ำ (working fluid) เช่น ฟรีออน (freon) แอมโมเนีย (ammonia) หรือ ไอโซบิวเทน (isobutane) เป็นตัวกลางรับความร้อนจากน้ำร้อนแล้วกลายเป็นไอ และมีความดันสูงขึ้นจนสามารถหมุนกังหันผลิตกระแสไฟฟ้าได้ ซึ่งโรงไฟฟ้าชนิดนี้ เรียกว่า โรงไฟฟ้าระบบ 2 วงจร ซึ่งมีการพัฒนาขึ้นมาใช้ประโยชน์กันมากขึ้นในปัจจุบัน สามารถแบ่งโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพออกเป็น 3 แบบ ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของน้ำร้อนและ/หรือไอน้ำร้อนของแหล่งกักเก็บพลังงาน ได้แก่

โรงไฟฟ้าใช้ไอน้ำร้อนแห้ง (Dry Steam) กรณีแหล่งกักเก็บมีอุณหภูมิสูงมาก มีแต่ไอร้อนแห้ง (Dry Steam) ไอร้อนนี้จะถูกนำไปหมุนกังหันไอน้ำเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยตรงเพื่อผลิตไฟฟ้า ส่วนไอที่เหลือจะถูกควบแน่นเป็นน้ำแล้วอัดคืนลงไปในแหล่งใต้ดิน

โรงไฟฟ้าใช้ไอน้ำร้อนที่แยกมาจากน้ำร้อน (Flash Steam) ใช้น้ำร้อนจากแหล่งกักเก็บที่เป็นน้ำร้อนส่วนใหญ่ ส่งเข้า Flash Tank น้ำร้อนนี้จะแปรสภาพเป็นไอน้ำร้อนหมุนกังหันไอน้ำ และผลิตไฟฟ้าต่อไป

โรงไฟฟ้าระบบสองวงจร (Binary Cycle) ใช้ความร้อนจากแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพมาทำให้ของเหลวพิเศษ (Working Fluid) กลายเป็นไอ และส่งไอนี้ไปหมุนกังหันไอน้ำและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าต่อไป

ตัวอย่าง เช่นแหล่งน้ำพุร้อน อำเภอฝาง จังหวัดเชียงใหม่ เป็นโครงการเอนกประสงค์พลังงานความร้อนใต้พิภพแห่งเดียวในประเทศไทย ที่การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทยได้พัฒนาผลิตกระแสไฟฟ้าและใช้ประโยชน์โดยตรง แหล่งน้ำพุร้อนฝางมีบ่อน้ำร้อนมากกว่า 100 บ่อ โผล่ให้เห็นอยู่ในหินแกรนิตยุคคาร์บอนิเฟอรัส อุณหภูมิของน้ำพุร้อนสูงกว่า 90°C และอัตราการไหลขึ้นมาเองตามธรรมชาติของน้ำพุร้อน วัดได้ 22.4 ลิตร/วินาที การศึกษาขั้นต้นบ่งชี้ว่า อัตราการไหลของน้ำร้อนจากบ่อเจาะสำรวจตื้นประมาณ 100 เมตร มีความเหมาะสมต่อการนำมาผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยระบบ 2 วงจร (binary cycle) ขนาดกำลังผลิต 300 กิโลวัตต์ ดังนั้น ในปี พ.ศ. 2532 จึงได้ทำการติดตั้งโรงไฟฟ้าสาธิตที่ใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพเป็นแห่งแรกในประเทศไทยและเป็นแห่งแรกในเอเชียอาคเนย์ด้วย กระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้ปีละประมาณ 1,200,000 กิโลวัตต์-ชั่วโมง จะถูกส่งต่อเข้ากับระบบสายส่งไฟฟ้าเพื่อจ่ายให้ผู้ใช้ไฟฟ้าต่อไป