ศักยภาพการใช้และประยุกต์ใช้น้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ในภาคอุตสาหกรรมและภาคบริการของประเทศไทย

โดยนายพงษ์พันธ์  คำทรัพย์  วิศวกรเครื่องกลชำนาญการพิเศษ
กองพัฒนาพลังงานแสงอาทิตย์ กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน

            ภาคอุตสาหกรรมและภาคบริการของประเทศไทยมีกิจการหลายอย่างที่จำเป็นต้องใช้ความร้อนเพื่อใช้ในกระบวนการผลิตสินค้าหรือเพื่อใช้บริการลูกค้า โดยความร้อนที่นำมาใช้งานส่วนใหญ่มักจะผลิตมาจากพลังงานสิ้นเปลืองต่าง ๆ อาทิเช่น พลังงานไฟฟ้า น้ำมันเตา น้ำมันดีเซล หรือ LPG ซึ่งการใช้พลังงานเหล่านี้ล้วนแล้วแต่เป็นการเพิ่มภาระในด้านค่าใช้จ่ายและสร้างมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม ดังนั้นกรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน ได้เล็งเห็นถึงแนวทางในการแก้ปัญหาดังกล่าวจึงได้มีการศึกษา พัฒนา และส่งเสริมให้มีการติดตั้งและใช้งานระบบผลิตน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ เพื่อช่วยลดค่าใช้จ่ายและความสิ้นเปลืองทางด้านพลังงาน และสิ่งที่สำคัญอีกอย่างเป็นการใช้ประโยชน์จากพลังงานธรรมชาติทำให้ช่วยลดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม เนื่องจากประเทศไทยตั้งอยู่ใกล้บริเวณเส้นศูนย์สูตรมีความพร้อมทางด้านศักยภาพพลังงานแสงอาทิตย์ โดยตลอดทั้งปีมีค่าความเข้มรังสีดวงอาทิตย์เฉลี่ยประมาณ 18.2 MJ/ตร.ม.-วัน หรือเท่ากับ 5 KWh/ตร.ม.-วัน ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับประเทศอื่น ๆ แล้วถือได้ว่าพลังงานแสงอาทิตย์ของประเทศไทยอยู่ในระดับที่สูง และมีศักยภาพที่จะนำไปใช้ประโยชน์ในการผลิตน้ำร้อนที่อุณหภูมิเหมาะสมกับการอุปโภคหรือบริโภคได้

เทคโนโลยีการใช้และประยุกต์ใช้น้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์
            ที่ผ่านมา ได้มีการพัฒนาเทคโนโลยีการใช้และประยุกต์ใช้น้ำ ร้อนจากระบบผลิตน้ำ ร้อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์อุณหภูมิต่ำ ซึ่งปัจจุบันเป็นที่รู้จักและมีใช้งานอยู่ 2 รูปแบบ ดังนี้
            1) เทคโนโลยีการใช้น้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์เพื่ออุปโภคหรือบริโภค (Solar hot water) อย่างเช่น อาบน้ำ ซักล้าง ปรุงอาหาร เป็นต้น ซึ่งส่วนใหญ่จะเป็นการผลิตน้ำร้อนที่ระดับอุณหภูมิต่ำถึงปานกลางด้วยการใช้ตัวเก็บรังสีอาทิตย์แบบแผ่นเรียบชนิดมีแผ่นปิดใสซึ่งสามารถผลิตอุณหภูมิได้ประมาณ 40-90 OC และตัวเก็บรังสีอาทิตย์แบบหลอดแก้วสุญญากาศซึ่งสามารถผลิตอุณหภูมิได้ประมาณ 100-200 OC [1] สำหรับระบบผลิตน้ำร้อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ ดังแสดงในรูปที่ 1 จะมีระยะเวลาคืนทุนเฉลี่ยประมาณ 5 ปี และ FIRR มีค่าเฉลี่ยประมาณ 25% ทั้งนี้ผลตอบแทนทางเศรษฐศาสตร์จะขึ้นอยู่กับ ชนิดเชื้อเพลิงที่ถูกทดแทน ขนาดระบบฯ สัดส่วนการใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์ คุณภาพและประสิทธิภาพของอุปกรณ์ ตลอดจนความยากง่ายในการติดตั้งระบบฯ เป็นต้น

            2) เทคโนโลยีการใช้น้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อการทำ ความเย็น (Solar cooling) เป็นเทคโนโลยีการดึงเอาความร้อนที่ผลิตได้จากระบบผลิตน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ไปใช้เป็นพลังงานขับเคลื่อนระบบทำความเย็น โดยนำไปใช้กับเครื่องทำความเย็นแบบดูดซึม (Absorption chiller) ซึ่งจะเปลี่ยนพลังงานและสร้างความเย็นจากความร้อน สำหรับระบบทำความเย็นแบบดูดซึมจะมีส่วนประกอบคล้ายกับระบบอัดไอ กล่าวคือมี เครื่องควบแน่น (Condenser) เครื่องทำระเหย (Evaporator) วาล์วลดความดัน (Expansion Valve) แต่ในส่วนของเครื่องอัดไอ (Compressor) ระบบทำความความเย็นแบบดูดซึมจะใช้ความร้อนและแรงดูดซึมในการขับเคลื่อนสารทำความเย็น (H2O) ด้วยอุปกรณ์ให้ความร้อน (Generator) และตัวดูดซึม (Absorber) แทนซึ่งปัจจุบันนิยมใช้สารทำ งานอยู่สองชนิดคือ ลิเทียมโบไมด์กับน้ำ (LiBr/H2O) หรือแอมโมเนียกับน้ำ (NH3/H2O) โดยที่ LiBr หรือ NH3 เป็นสารดูดซึม ทั้งนี้ระบบ Solar Cooling ต้องการอุณหภูมิในการขับเคลื่อนประมาณ 70 – 90 oC และสามารถทำความเย็นได้ที่อุณหภูมิประมาณ 5 – 20 oC และมีค่าสัมประสิทธิ์สมรรถนะการทำความเย็น (COP) ประมาณ 0.7 - 0.8 [2], [4] สำหรับระบบทำความเย็นด้วยความร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ ดังแสดงในรูปที่ 2 จะมีระยะเวลาคืนทุนนานหรือยังไม่สามารถคืนทุนตลอดอายุการใช้งานของระบบฯ และต้องการความร้อนเสริม (Auxiliary heat) มาช่วยในการผลิตความเย็นในเวลาที่ไม่มีแสงแดด

ศักยภาพการใช้และประยุกต์ใช้น้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์
            สำหรับสถานประกอบการในภาคอุตสาหกรรมและภาคบริการของประเทศไทยมีความต้องการใช้น้ำร้อน (Hot water demand) เป็นปริมาณมากซึ่งรูปแบบการใช้น้ำร้อนจะมีความแตกต่างกันออกไปตามลักษณะของการใช้งานตามกิจกรรมของแต่ละแห่ง ทั้งในส่วนภาคอุตสาหกรรม อย่างเช่น โรงงานใช้ในกระบวนการผลิตโดยตรงใช้อุ่นน้ำป้อนหม้อไอน้ำ (Boiler) ฟาร์มปศุสัตว์ใช้ในการชำระล้างสิ่งสกปรกและเพิ่มอุณหภูมิให้กับสถานอนุบาลสัตว์ในฟาร์ม เป็นต้น และในส่วนภาคบริการ อย่างเช่น ใช้งานสำหรับห้องพักและห้องอาบน้ำในโรงแรม หอพัก อพาร์ตเมนท์และหอพักในสถานศึกษาต่าง ๆ การใช้งานในโรงพยาบาลเพื่อห้องผู้ป่วย อุปกรณ์ทางการแพทย์ และธาราบำบัดการใช้งานในการซักล้างสิ่งสกปรกต่าง ๆ และการอุ่นน้ำสำหรับสระว่ายน้ำ เป็นต้น นอกจากนี้ ในภาคอุตสาหกรรมและภาคบริการยังมีความต้องการการปรับอากาศ (Cooling demand) เพื่อความสุขสบายของผู้อาศัยหรือปฏิบัติงานในบริเวณนั้น ๆ เป็นจำนวนมาก ดังนั้นหากสามารถนำเทคโนโลยีการใช้น้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อการทำความเย็นมาใช้ทดแทนระบบปรับอากาศที่ใช้กันทั่วไปได้ก็จะเป็นการประยุกต์ใช้น้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ในการประหยัดพลังงานสิ้นเปลืองและลดการเกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อมอีกทางหนึ่ง
            จากการศึกษา สำรวจ และวิเคราะห์ข้อมูลของกรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน ภายใต้โครงการศึกษาศักยภาพการใช้และประยุกต์ใช้น้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ในภาคอุตสาหกรรมและภาคบริการของประเทศไทย พบว่าศักยภาพความต้องการการใช้น้ำร้อนและความต้องการการปรับอากาศในภาคอุตสาหกรรมและภาคบริการของประเทศ [3] สามารถสรุปได้ดังนี้

การเปรียบเทียบด้านต้นทุนการผลิตน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์
            สำหรับการเปรียบเทียบต้นทุนการผลิตน้ำร้อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ (Solar hot water) จะทำ การเปรียบเทียบกับต้นทุนการผลิตน้ำร้อนด้วยเทคโนโลยีต่าง ๆ ได้แก่ Heat pump, Heater (Electric) และ Boiler (Diesel, Fuel Oil และ LPG) ซึ่งจากการสำรวจและวิเคราะห์ข้อมูลศักยภาพฯ ข้างต้นสถานประกอบการส่วนใหญ่จะมีการติดตั้งและใช้งานระบบผลิตน้ำร้อนด้วยพลังงานสิ้นเปลืองต่าง ๆ เดิมอยู่แล้ว และหากถือว่าสถานประกอบการเหล่านี้มีความประสงค์ต้องการเปลี่ยนมาใช้ระบบผลิตน้ำร้อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ หรือ Heat pump ทดแทนระบบเดิมซึ่งได้มีการลงทุนติดตั้งอุปกรณ์ผลิตน้ำร้อนไปแล้ว ดังนั้นการวิเคราะห์ต้นทุนการผลิตน้ำร้อนด้วย Heater หรือ Boiler ในที่นี้จะทำการวิเคราะห์ต้นทุนที่เกิดจากค่าใช้จ่ายด้านพลังงานเท่านั้นไม่ได้รวมค่าใช้จ่ายในการลงทุนติดตั้งอุปกรณ์ด้วย โดยในการวิเคราะห์เปรียบเทียบต้นทุนการผลิตน้ำร้อนมีข้อกำหนดหรือสมมติฐาน ดังนี้
            1) อัตราความต้องการน้ำร้อน 20,000 ลิตร/วัน
            2) ค่าลงทุนระบบผลิตน้ำร้อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ 4,228,000 บาท
            3) ค่าลงทุนระบบผลิตน้ำร้อนด้วย Heat pump 896,000 บาท
            4) ค่าเดินระบบและบำรุงรักษาคิดที่ 1% ของค่าลงทุนทั้งหมด
            5) อายุการใช้งานระบบฯ 15 ปี
            6) Discount Rate 6%
            7) ค่าพลังงาน ณ วันที่ 19 กุมภาพันธ์ 2564 [5] คือ
                   Electric 4.20 บาท/kWh
                   Diesel 26.79 บาท/Litre
                   Fuel Oil 13.41 บาท/Litre
                   LPG 18.87 บาท/kg

            โดยผลการวิเคราะห์สามารถเปรียบเทียบต้นทุนการผลิตน้ำร้อน ดังแสดงในรูปที่ 3

            จากข้อมูลข้างต้นจะเห็นได้ว่า ในภาคอุตสาหกรรมและภาคบริการของประเทศไทยมีศักยภาพการใช้และประยุกต์ใช้น้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ค่อนข้างสูง แต่ในการตัดสินใจว่าระบบผลิตน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์มีความคุ้มค่ากับการลงทุนติดตั้งใช้งานหรือไม่นั้น จะต้องประเมินเปรียบเทียบต้นทุนการผลิตน้ำร้อนจากเทคโนโลยีอื่น ๆ ณ ขณะนั้นด้วย ทั้งนี้ มีข้อเสนอแนะเกี่ยวกับการใช้และประยุกต์ใช้ระบบผลิตน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ ดังนี้
              จากการสำรวจพบว่า ผู้ประกอบการส่วนใหญ่ยังมีความรู้หรือความมั่นใจในการใช้น้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ค่อนข้างน้อย เห็นควรให้มีการเผยแพร่ความรู้หรือจัดอบรมให้ความรู้เกี่ยวกับระบบผลิตน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ และการประยุกต์ใช้น้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ให้กับผู้ที่สนใจให้กว้างขวางมากขึ้น
            ♦  ปัญหาอุปสรรคที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งคือ ต้นทุนการผลิตน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ ยังค่อนข้างสูงเมื่อเปรียบเทียบกับ Heat pump หรือใกล้เคียงกับการใช้พลังงานอย่างอื่น ๆ อาทิเช่น น้ำมันเตา หรือ LPG เป็นต้น แต่มีความยุ่งยากและใช้พื้นที่ในการติดตั้งระบบมากกว่า จึงเสนอแนะให้มีแนวทางการวิจัยหรือผลิตเทคโนโลยีในประเทศให้มากขึ้น เพื่อลดต้นทุนของระบบฯ และสามารถแข่งขันกับเทคโนโลยีอื่น ๆ ได้
            ♦  การใช้น้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์มาประยุกต์ใช้ในการทำความเย็น (Solar cooling) ยังมีราคาต้นทุนที่สูงมาก รวมทั้งการออกแบบระบบและการผสมผสานให้เหมาะสมกับพลังงานแสงอาทิตย์ ยังเป็นอุปสรรคที่สำคัญในการติดตั้งใช้งาน จึงควรมีการศึกษา วิจัยและพัฒนาเพิ่มเติม รวมทั้งหารูปแบบที่เหมาะสมในการใช้งานในประเทศไทยต่อไป

 

อ้างอิง
            [1] รายงานฉบับสมบูรณ์ โครงการศึกษาเทคโนโลยีการผลิตนำร้อนด้วยระบบผสมผสานพลังงานแสงอาทิตย์ในโรงพยาบาลและโรงแรม, กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน (2546).
            [2] รายงานฉบับสมบูรณ์ โครงการศึกษาศักยภาพการผลิตและการใช้ระบบทำความเย็นด้วยพลังงานความร้อนแสงอาทิตย์, กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน (2552).
            [3] รายงานฉบับสมบูรณ์ โครงการศึกษาศักยภาพการใช้และประยุกต์ใช้น้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ในภาคอุตสาหกรรมและภาคบริการของประเทศไทย, กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน (2559).
            [4] Solar Assisted Air Conditioning of Building, Ongoing research relevant for solar assisted air conditioning systems, Technical Report, IEA Solar Heating and Cooling, Task 25: (2002).
            [5] www.eppo.go.th/index.php/th/petroleum/price/structure-oil-price.

promote: 
level: 
2