ตอนที่ 6 : การปรับปรุงความมั่นคง, ความน่าเชื่อถือและการเพิ่มประสิทธิภาพของโครงการไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็กมากในพื้นที่ชนบทของภาคเหนือของประเทศไทย โดย ระบบพลังงานหมุนเวียนแบบผสมผสาน (Hybrid Renewable Energy Systems) แบบเดี่ยว (Stand-Alone)

ผลลัพธ์และการอภิปราย

1. ผลลัพธ์
       ในการวิจัยนี้วัตถุประสงค์หลักคือการออกแบบและเพิ่มประสิทธิภาพระบบพลังงานหมุนเวียนแบบผสมผสาน (Hybrid Renewable Energy Systems, HRES) เพื่อเสริมไฟฟ้าพลังน้ำ(Micro Hydropower, MH) ในหมู่บ้านขุนปั๋ง(Khun Pang Village,  KPV) โดยใช้ซอฟต์แวร์ HOMER HOMER ใช้เพื่อจำลองสถานการณ์สองสถานการณ์ ได้แก่ ความต้องการโหลดปัจจุบัน (Current Load Demand , CLD) และความต้องการโหลดในอนาคตโดยรวม (Total Future Load Demand, TFLD) โครงการนี้ยังจำลองในความอ่อนไหวของราคาเชื้อเพลิงดีเซล (DFP) ซึ่งเท่ากับ 0.75, 1.0, 1.25 และ 1.50 $ / L หลังจากป้อนข้อมูลทั้งหมดไปยังc[[จำลองแล้วงานวิจัยนี้จึงได้ผลลัพธ์แสดงออกมา  

1.1 รังสีแสงอาทิตย์รายเดือน
      รังสีแสงอาทิตย์ (Solar Radiation, SR) ที่รวบรวมได้ที่ไซต์มีค่าสูงสุดในฤดูร้อน อันดับที่สองในฤดูหนาว และต่ำสุดคือในฤดูมรสุม เนื่องจากฤดูกาลที่เป็นฤดูฝน SR รายวันเฉลี่ยรายเดือนแสดงในรูปที่ 1
          
1.2 ความเร็วลมรายเดือน
      ความเร็วลม(Wind Speed, WS) ที่รวบรวมได้จากแหล่งนี้มีค่าสูงสุดในฤดูมรสุมเนื่องจากฤดูกาลนี้เป็นฤดูฝนและมีลมแรง อันดับที่สองคือในฤดูหนาวและต่ำที่สุดในฤดูร้อน WS เฉลี่ยรายเดือนแสดงในรูปที่ 2
1.3 การไหลของไอน้ำรายเดือน
       กระแสการไหล (Stream Flow, SF) ที่เก็บที่ไซต์มีค่าสูงสุดในฤดูมรสุมเนื่องจากฤดูกาลนี้เป็นฤดูฝน อันดับที่สองคือในฤดูหนาวและต่ำที่สุดในฤดูร้อนเพราะฤดูกาลนี้เป็นฤดูแล้ง SF เฉลี่ยรายเดือนแสดงในรูปที่ 3
          

1.4 ความต้องการโหลดกระแสหลัก
       CLD หลักถูกรวบรวมและคำนวณจากแบบสำรวจแบบสอบถาม หลังจากนั้นงานวิจัยนี้โหลดข้อมูลไปยังแบบจำลองของโฮเมอร์ ผลการวิจัยพบว่าการโหลดรายวันเฉลี่ยต่อปี (AADL) คือ 277.98 kWh / วัน LF เท่ากับ 0.23 กราฟแสดง AADL (รูปที่ 25) โดยรวมแล้วจะเห็นได้ว่าโหลดไฟฟ้ามีค่าสูงในตอนเช้าเย็นและก่อนนอน ยิ่งไปกว่านั้นโหลดไฟฟ้าสูงสุด (EPL) อยู่ในตอนเย็นเพราะนี่คือเมื่อผู้ใช้ไฟฟ้าหลอดไฟและเปิดเครื่องใช้หลายอย่างเช่นหม้อหุงข้าว, ทีวีและพัดลมไฟฟ้า โหลดเฉลี่ยรายวัน (ADL) คือ 11.58 kW
       

       แผนภูมิแท่งของโหลดปัจจุบันรายเดือน (kWh) ในรูปที่ 5 แสดงให้เห็นว่าความต้องการใช้โหลดสูงในฤดูร้อนและต่ำในฤดูหนาวเนื่องจาก TL เป็นประเทศร้อนที่ใช้ไฟฟ้าจำนวนมากในฤดูร้อน โหลดสูงสุด (MAXL) ของการบริโภครายเดือนคือพฤษภาคม 8,800 kWh และโหลดต่ำสุด (MINL) ของการบริโภครายเดือนอยู่ในเดือนกุมภาพันธ์ 7,858 kWh
           

1.5 อุปสงค์รวมโหลดในอนาคตหลัก
       TFLD หลักถูกรวบรวมและคำนวณจากแบบสำรวจแบบสอบถาม ผลการวิจัยพบว่า AADL คือ 426.94 kWh / วัน LF เท่ากับ 0.26 แผนภูมิแท่งแสดง AADL (รูปที่ 28) โดยรวมแล้วจะเห็นได้ว่าโหลดไฟฟ้ามีค่าสูงในตอนเช้าเย็นและก่อนนอน ยิ่งไปกว่านั้น EPL ยังอยู่ในช่วงเช้าเพราะในช่วงนี้ผู้ใช้ไฟฟ้าเปิดเครื่องใช้ไฟฟ้าหลายอย่างเช่นหม้อหุงข้าว, ทีวี, พัดลมไฟฟ้า, กาต้มน้ำไฟฟ้า, เครื่องทำน้ำอุ่นและหลอดไฟเพราะในฤดูหนาวและมรสุมพระอาทิตย์ขึ้น ADL คือ 17.71 kW
          

       กราฟของปริมาณความต้องการใช้ไฟฟ้าในอนาคตทั้งหมด (kWh) ในรูปที่ 7 แสดงให้เห็นว่าความต้องการใช้ไฟฟ้าในฤดูร้อนสูงและในฤดูมรสุมต่ำเนื่องจาก TL เป็นประเทศร้อนที่ใช้ไฟฟ้าจำนวนมากในฤดูร้อนและฤดูหนาว อากาศใน CM หนาวและนั่นหมายความว่าชาวบ้านใช้เครื่องทำน้ำอุ่น ค่า MAXL ของการบริโภครายเดือนอยู่ในเดือนพฤษภาคมคิดเป็น 13,759 kWh และ MINL ของการบริโภครายเดือนอยู่ในเดือนกุมภาพันธ์ซึ่งมีความหมาย 12,256 kWh
          

1.7 ระบบพลังงานหมุนเวียนไฮบริดในสถานการณ์ที่ 1
       ผลการจำลองโฮเมอร์แสดงให้เห็นถึงวงจร HRES ตารางและกราฟที่แสดงด้านล่าง แผนผัง HRES แสดงภาพของระบบที่สามารถรับแนวคิดการจำลอง (รูปที่ 8) แผนผังแสดงถึง REC และโหลดไฟฟ้าใน AC และ DC บัสบัสไฟฟ้า
          

       สำหรับสถานการณ์ที่ 1 (CDL) งานวิจัยนี้เลือก DFP ปัจจุบันที่ 0.75 $ / L ที่จะนำเสนอในบทความนี้ตามที่แสดงในตารางที่ 1 โดยรวมตารางแสดงการจัดอันดับของประสิทธิภาพต้นทุนจากต้นทุนพลังงาน (COE) และสุทธิ ราคาปัจจุบัน (NPC) อันดับแรกคือ COE ที่ต่ำที่สุดคือ $ 0.0705 NPC ที่ $ 92,441 คือพลังน้ำ / ดีเซล / แบตเตอรี่ ประการที่สองคือพลังน้ำ / PV / ดีเซล / แบตเตอรี่ ที่สามคือพลังน้ำ / ลม / ดีเซล / แบตเตอรี่ อันดับสุดท้ายคือ Hydro / PV / Wind / Diesel / Battery งานวิจัยนี้พิจารณาเฉพาะกรณีที่ค่าการโหลดที่ไม่ได้เป็นศูนย์เพราะมันแสดงให้เห็นถึงความน่าเชื่อถือของระบบที่มีอยู่
          

        งานวิจัยนี้เลือกที่จะนำเสนอ พลังน้ำ / ดีเซล / แบตเตอรี่ เพราะมันเป็น COE และ NPC ที่ต่ำที่สุดและระบบที่เชื่อถือได้ การวิจัยนี้แสดงให้เห็นถึงความต้องการโหลดและกำลังไฟ HRES ในเดือนเมษายนเพราะเดือนนี้แสดงถึงฤดูร้อนเมื่อมีความต้องการสูง  
 การผลิตไฟฟ้ารายปี (AEP) ของ พลังน้ำ / ดีเซล / แบตเตอรี่แสดงไว้ในตารางที่ 2 การผลิตไฟฟ้ารวมประจำปี (TAEP) คือ 199,597 kWh / ปี การผลิตของ HP นั้น 98% คิดเป็น 195,520 kWh / ปีและเครื่องกำเนิดดีเซลประมาณ 2% หมายถึง 4,077 kWh / ปี
          

       แผนภูมิแท่งของการผลิตไฟฟ้าเฉลี่ยรายเดือน (MAEP) แสดงในรูปที่ 9 การผลิตไฟฟ้าพลังน้ำ (HPP) ที่แสดงในแถบสีส้มเป็นระบบ HRES หลักที่มีศักยภาพต่ำและสูงในฤดูร้อนและมรสุม อย่างไรก็ตาม DG ที่แสดงในแถบสีเขียวจะเติมเต็มพลังน้ำเพื่อรองรับความต้องการในฤดูร้อน (เมษายนและพฤษภาคม) และพฤศจิกายนและธันวาคม
          

 1.8 ระบบพลังงานหมุนเวียนไฮบริดในสถานการณ์ที่ 2
       ผลของการจำลองโฮเมอร์แสดงให้เห็นถึงวงจร HRES ตารางและกราฟที่แสดงด้านล่าง แผนผัง HRES แสดงภาพของระบบที่สามารถรับแนวคิดการจำลอง (รูปที่ 10)
          

        สำหรับสถานการณ์ที่ 2 (TFDL) จากการวิเคราะห์ข้อมูล DFP สูงสุดที่คาดการณ์ไว้คือ 1.5 $ / L อย่างไรก็ตามการคาดการณ์ของสถาบันปิโตรเลียมแห่งประเทศไทย (2559) สำหรับราคาน้ำมันดิบระบุว่ามันจะเพิ่มขึ้นอย่างช้า ๆ เพราะโลกและเศรษฐกิจไทยเติบโตช้าและการใช้พลังงานทดแทนใน TL จะเพิ่มขึ้น ดังนั้นในสถานการณ์ที่ 2 การวิจัยนี้มุ่งเน้นเฉพาะใน DFP 1.25 $ / L เพื่อนำเสนอในบทความนี้สิ่งที่แสดงในตารางที่ 3 โดยรวมตารางแสดงการจัดอันดับของต้นทุนที่มีประสิทธิภาพของ COE และ NPC อันดับแรกที่มีค่า COE ต่ำสุดคือ $ 0.0966 และ NPC คือ $ 198,435 คือ Hydro / PV / ดีเซล / แบตเตอรี่ ประการที่สองคือพลังน้ำ / PV / ลม / ดีเซล / แบตเตอรี่ ที่สามคือพลังน้ำ / ดีเซล / แบตเตอรี่ อันดับสุดท้ายคือ Hydro / Wind / Diesel / Battery
          

       งานวิจัยนี้เลือกที่จะนำเสนอกล่องพลังน้ำ / PV / ดีเซล / แบตเตอรี่ในกระดาษนี้เพราะมันเป็น COE และ NPC ที่ต่ำที่สุดและระบบที่เชื่อถือได้ การวิจัยนี้แสดงให้เห็นถึงความต้องการโหลดและกำลังไฟ HRES ในเดือนพฤษภาคมเนื่องจากเดือนนี้เป็นช่วงฤดูร้อนที่มีความต้องการสูง  AEP ของกรณีไฮบริดพลังน้ำ / PV / ดีเซล / แบตเตอรี่แสดงไว้ในตารางที่ 4 TAEP คือ 223,402 kWh / ปี HPP คือ 87.5% หมายถึง 195,520 kWh / ปีการผลิต SPV อยู่ที่ประมาณ 10% นั่นคือ 22,283 kWh / ปีและ DG นั้นประมาณ 2.5% หรือ 5,600 kWh / ปี
          

       แผนภูมิแท่งของ MAEP แสดงในรูปที่ 11 การผลิตของ HP ที่แสดงในแถบสีส้มเป็นระบบ HRES หลักที่มีศักยภาพต่ำและสูงในฤดูร้อนและฤดูมรสุม อย่างไรก็ตาม DG ที่แสดงในแถบสีเขียวจะเติมเต็มพลังน้ำเพื่อรองรับอุปสงค์ในช่วงฤดูร้อน (เมษายนและพฤษภาคม) และพฤศจิกายนและธันวาคม SPV ที่แสดงในแถบสีน้ำตาลและสีเขียวจะเติมเต็มพลังน้ำเพื่อรองรับความต้องการตลอดทั้งปี แต่เป็นการสนับสนุนที่สูงในฤดูร้อนและฤดูหนาวเนื่องจากแสงแดดในฤดูมรสุมต่ำ (ฤดูฝน)
          

 2. การอภิปรายผล
     งานวิจัยนี้ได้รับผลลัพธ์ของความต้องการโหลดในสถานการณ์ที่ 1 และ 2 มันสร้างแผนภูมิแท่งเพื่อเปรียบเทียบดังที่แสดงในรูปที่ 12 และ 13 แผนภูมิแท่งแสดงปริมาณความต้องการไฟฟ้ารายเดือนใน KPV (รูปที่ 40) โดยรวมแล้ว CLD นั้นน้อยกว่า TFLD เพราะเท่าที่เห็นจากแบบสอบถามชาวบ้านจะต้องใช้อุปกรณ์เพิ่มเติมเช่นเครื่องทำน้ำอุ่นเครื่องซักผ้าและกาต้มน้ำไฟฟ้าในอนาคตหากการผลิตไฟฟ้าสามารถรองรับความต้องการของพวกเขาได้ ในรายละเอียดความต้องการโหลดสูงในฤดูร้อนสำหรับสองสถานการณ์เนื่องจาก TL เป็นประเทศร้อนที่ใช้ไฟฟ้าจำนวนมาก ในฤดูร้อน ในทางตรงกันข้ามความต้องการโหลดต่ำในฤดูหนาวในสถานการณ์ที่ 1 และในฤดูมรสุมในสถานการณ์ที่ 2 เพราะในฤดูหนาวอากาศใน CM เย็นและนั่นหมายความว่าชาวบ้านใช้เครื่องทำน้ำอุ่น ค่า MAXL ของการบริโภครายเดือนอยู่ในเดือนพฤษภาคมนั่นคือ 8,800 kWh (สถานการณ์ 1) และ 13,759 kWh (สถานการณ์ 2) MINL ของการบริโภครายเดือนอยู่ในเดือนกุมภาพันธ์นั่นคือ 7,858 kWh (สถานการณ์ 1) และ 12,256 kWh (สถานการณ์ 2)
       

       แผนภูมิแท่งแสดงปริมาณความต้องการไฟฟ้ารายปีระหว่าง CLD และ TFLD (รูปที่ 41) แนวโน้มของภาระไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเล็กน้อยจากปัจจุบันถึงอนาคต CLD จะเป็น 102 MWh และ TFLD จะเป็น 156 MWh
          
        สำหรับสถานการณ์ที่ 1 งานวิจัยนี้เลือก DFP ปัจจุบันที่ 0.75 $ / L ในปัจจุบันในเอกสารนี้ สำหรับสถานการณ์ที่ 2 ในบทที่ 4 การวิเคราะห์ข้อมูล DFP สูงสุดที่เลือกสำหรับกรณีในอนาคตคือ 1.25 $ / L

       จากตารางที่ 1 สถานการณ์ที่ 1 อันดับแรก (กรณีที่ 1) ที่ต่ำที่สุดคือ COE ($ 0.0705) และ NPC ($ 92,441) คือ Hydro / ดีเซล / แบตเตอรี่ ที่สอง (กรณีที่ 2) คือพลังน้ำ / PV / ดีเซล / แบตเตอรี่ ที่สาม (กรณีที่ 3) คือพลังน้ำ / ลม / ดีเซล / แบตเตอรี่ อันดับสุดท้าย (กรณีที่ 4) คือ Hydro / PV / Wind / Diesel / Battery ในเรื่องสัดส่วนทดแทน (RF) ทุกกรณีใช้ RE ประมาณ 96% ในเรื่องของเชื้อเพลิงและคาร์บอนไดออกไซด์กรณีที่ 1 คือ 1,513 ลิตรต่อปีและค่อนข้าง 3,961 กิโลกรัมต่อปี นั่นคือมูลค่าสูงสุด ในทางตรงกันข้ามกรณีที่ 2 มีน้ำมันเชื้อเพลิงและคาร์บอนไดออกไซด์รวมต่ำที่สุดซึ่งคิดเป็น 1,463 ลิตรต่อปีและค่อนข้าง 3,831 กิโลกรัมต่อปี อย่างไรก็ตามในกรณีที่ 2 (Hydro / PV / ดีเซล / แบตเตอรี่) ปริมาณ SPV จากการจำลองมีขนาดเล็กประมาณ 3 W เป็นไปไม่ได้ที่จะใช้ความสามารถนี้เนื่องจากความจุของแผง SPV ใน TL เริ่มต้นที่ 20 W (Supersolarz 2017) ดังนั้นพลังน้ำ / ดีเซล / แบตเตอรี่จึงเป็นกรณีที่ดีที่สุดสำหรับสถานการณ์ที่ 1

       จากตารางที่ 3 สถานการณ์ที่ 2 อันดับแรก (กรณีที่ 1) ที่ต่ำที่สุดคือ COE ($ 0.0966) และ NPC (198,435) คือ Hydro / PV / ดีเซล / แบตเตอรี่ ที่สอง (กรณีที่ 2) คือพลังน้ำ / PV / ลม / ดีเซล / แบตเตอรี่ ที่สาม (กรณีที่ 3) คือพลังน้ำ / ดีเซล / แบตเตอรี่ อันดับสุดท้าย (กรณีที่ 4) คือ Hydro / Wind / Diesel / Battery ในเรื่อง RF กรณีที่ 1 และ 2 ใช้ RE ประมาณ 96% กรณีที่ 3 และ 4 ใช้ RE ประมาณ 93% ในเรื่องของเชื้อเพลิงและคาร์บอนไดออกไซด์กรณีที่ 1 คือ 2,149 ลิตรต่อปีและ 5,625 กิโลกรัมต่อปี นั่นคือค่าต่ำสุด ดังนั้น Hydro / PV / ดีเซล / แบตเตอรี่จะเป็นกรณีที่ดีที่สุดสำหรับสถานการณ์ที่ 2

       สรุปผลของการสร้างแบบจำลองของ HOMER และการวิเคราะห์  Hydro / ดีเซล / แบตเตอรี่จะเป็นกรณีที่ดีที่สุดสำหรับสถานการณ์ที่ 1 ที่ออกแบบดีเซล 56 kW, แบตเตอรี่ 27 kWh, ตัวแปลง 16.8 kW และขึ้นอยู่กับ Hydro 32 kW ที่มีอยู่ Hydro / PV / ดีเซล / แบตเตอรี่จะเป็นกรณีที่ดีที่สุดสำหรับสถานการณ์ที่ 2 ที่ออกแบบความจุเซลล์แสงอาทิตย์ 16.7 kW, ดีเซล 77 kW, แบตเตอรี่ 69 kWh, ตัวแปลง 31.7 kW และขึ้นอยู่กับ Hydro 32 kW ที่มีอยู่ในทางตรงกันข้ามพลังงานลมไม่เหมาะสำหรับโครงการนี้เพราะมีความเร็วต่ำ

โดยตอนต่อไปเป็นตอนสุดท้ายจะสรุปและข้อเสนอแนะจากการศึกษาวิจัย                                         
นายวุฒิพงษ์ อภิชนบุตร กพพ.

ลิงค์ที่เกี่ยวข้อง
ตอนที่ 1 http://webkc.dede.go.th/testmax/node/4186
ตอนที่ 2 http://webkc.dede.go.th/testmax/node/4211
ตอนที่ 3 http://webkc.dede.go.th/testmax/node/4531
ตอนที่ 4 http://webkc.dede.go.th/testmax/node/4765
ตอนที่ 5 http://webkc.dede.go.th/testmax/node/4865
รายงาน Improving the Reliability of A Micro-Hydropower Project in Rural Areas of North Thailand By Stand-Alone Hybrid Renewable Energy Systems http://webkc.dede.go.th/testmax/node/4183