พลังงานและประเภทของพลังงาน

พลังงาน (Energy) คือ แรงงานที่ทำให้สิ่งต่าง ๆ เคลื่อนไหวหรือทำงานในทางใดทางหนึ่ง โดยพลังงานสามารถเปลี่ยนจากรูปแบบหนึ่งไปยังอีกรูปแบบหนึ่งได้ ตัวอย่างพลังงานที่รู้จักกันดี คือ พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานไฟฟ้า พลังงานลม พลังงานความร้อน เป็นต้น โดยส่วนใหญ่แล้ว พลังงานจะมีหน่วยวัดเป็นจูล ( Joules) โดยเราสามารถแบ่งประเภทพลังงานตามแหล่งที่มาได้ 3 ประเภท คือ

พลังงานต้นกำเนิด (Primary Energy) เป็นพลังงานที่มีอยู่ในธรรมชาติ เช่น แสงแดด น้ำ ลม หรือเชื้อเพลิงธรรมชาติ ก๊าซธรรมชาติ ถ่านหิน พลังงานความร้อนใต้พิภพ เป็นต้น
พลังงานแปรรูป (Secondary Energy) เป็นพลังงานต้นกำเนิดที่ผ่านการแปรรูปและปรับปรุงให้อยู่ในรูปแบบที่พร้อมนำไปใช้ประโยชน์ เช่น พลังงานไฟฟ้า ก๊าซปิโตรเลียมเหลว เป็นต้น

ประเภทของพลังงาน

พลังงานมีหลายประเภท แต่ละประเภทมีรายละเอียด และความสัมพันธ์ต่อเนื่องกัน ดังนี้
1. พลังงานศักย์ หมายถึง พลังงานที่เก็บหรือแฝงในวัตถุนั้น เช่น ก้อนหิน มีพลังงานศักย์ จึงทำให้โมเลกุลของมันเกาะรวมกันอยู่เป็นก้อน แบตเตอรี่รถยนต์ หรือถ่านไฟฉายก็มีพลังงานศักย์อยู่เช่นกัน พลังง พลังงานศักย์สามารถเปลี่ยนเป็น พลังงานจลน์ได้
3. พลังงานจลน์ หมายถึง พลังงานที่มีในวัตถุ เนื่องมาจากการเคลื่อนที่ ของวัตถุด้วยความเร็ว เช่น ก้อนหินตกลงสู่พื้นได้เพราะมีพลังงานจลน์เกิดขึ้น จากการเคลื่อนที่ของก้อนหินนั้น ปริมาณของพลังงานจลน์ขึ้นอยู่กับมวลสารและ ความเร็ว เช่น กระสุนปืนที่ยิงออกไปย่อมมีพลังงานมากกว่ากระสุนปืนที่ถูกขว้าง ออกไปด้วยมือ หรือก้อนหินที่มีขนาดใหญ่ย่อมทำลายวัตถุอื่นได้มากกว่าก้อนหิน เล็กเมื่อถูกขว้างออกไปด้วยความเร็วที่เท่ากัน
3. พลังงานภายใน หมายถึง พลังงานที่มีอยู่ในวัตถุหรือระบบจะมีการเปลี่ยนแปลงเมื่อวัตถุ หรือระบบมีการเปลี่ยนสภาพ หรือมีการแปรรูปซึ่งจะทำให้มีการถ่ายเทพลังงานระหว่างวัตถุหรือระบบ เกิดพลังงานในรูปแบบต่างๆ ขึ้น ดังนี้
3.1 พลังงานกล เป็นพลังงานที่นำมาใช้ประโยชน์โดยผ่านกลไก หรืออุปกรณ์ต่างๆ งานที่ได้จากอุปกรณ์จัดเป็นงานที่ได้ จากการเคลื่อนที่โดยอาจเริ่มจากพลังงานศักย์ที่สะสม ในวัตถุ แล้วเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์ เมื่อมีการเคลื่อนที่ และ เมื่อมีการนำพลังงานที่ได้จากวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่มาใช้งาน โดยผ่านอุปกรณ์แปลงพลังงาน งานที่ได้จากอุปกรณ์นั้นเป็นงานกล เช่น น้ำหลังเขื่อนมีพลังงาน ศักย์ สะสมอยู่ภายใน เมื่อปล่อยให้น้ำไหลจะมีการเปลี่ยนพลังงานศักย์เป็นพลังงานจลน์ เมื่อ นำน้ำที่ไหลไปผ่านกังหันทำให้เพลาในกังหันหมุน สามารถนำไปขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้งานที่ได้จากเพลา คืองานกล
3.3 พลังงานความร้อน เมื่อวัตถุมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ จะเกิดการถ่ายเทความร้อน ซึ่งเป็นพลังงานที่สัมผัสได้ และสามารถนำมาใช้ประโยชน์ใต้ เช่น ความร้อนจากเชื้อเพลิง ความร้อนที่เกิดจากการเสียดสี ของวัตถุ เป็นต้น ในการเปลี่ยนรูปของพลังงาน มักเกิดการสูญเสียในรูปของพลังงานความร้อน เช่น หลอดไฟที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานแสง จะมีการสูญเสียพลังงานส่วนหนึ่งในรูป ของพลังงานความร้อนที่หลอดไฟนั้น
3.3 พลังงานเคมี เป็นพลังงานที่สะสมในแหล่งพลังงาน เมื่อเกิดการเปลี่ยนรูปหรือเกิดปฏิกิริยาเคมีจะให้ พลังงานความร้อนออกมา แหล่งพลังงานที่มีพลังงานเคมีสะสมอยู่ภายในเป็นเชื้อเพลิงที่ต้อง มีการเผาไหม้ จึงได้พลังงานความร้อนออกมา เช่น ถ่านหิน น้ำมันเตา น้ำมันดิบ ก๊าซธรรมชาติ การบริโภคอาหารของมนุษย์ทำให้เกิดพลังงานเคมีในเซลล์ของร่างกายทำให้ร่างกายเจริญเติบโต และมนุษย์ดำรงชีวิตอยู่ได้

แหล่งของพลังงาน

แหล่งพลังงานเป็นต้นกำเนิดที่ก่อให้เกิดพลังงานในการทำงานได้ แหล่งพลังงาน หมายถึง สสาร หรือวัตถุที่มีพลังงานอยู่ในตัวมัน และจะปล่อยพลังงานออกมาเมื่อผ่านกระบวนการแปรรูปให้ความสามารถ ในการทำงานได้ เช่น เชื้อเพลิง (ถ่าน น้ำมัน เป็นต้น) เมื่อเผาไหม้เกิดปฏิกิริยาเคมีจะให้พลังงานออกมา แหล่งพลังงานจะมีมวล (Mass) มีตัวตน ในขณะที่พลังงานไม่มีมวล พลังงานที่ได้ออกมาเมื่อผ่านกระบวนการ แปรรูปนี้มีหลายรูปแบบ ดวงอาทิตย์เป็นต้นกำเนิดหรือสิ่งผลักดันที่ก่อให้เกิดแหล่งพลังงานต่างๆ พลังงาน จากดวงอาทิตย์ก่อให้เกิดทรัพยากรต่างๆ ที่สามารถใช้เป็นแหล่งพลังงานบนโลกได้ แหล่งพลังงานแบ่งออกได้หลายประเภท ขึ้นอยู่กับลักษณะความต้องการใช้งาน ความสนใจ ความรู้ หรือพื้นฐานด้านเศรษฐศาสตร์และการพาณิชย์ ดังนี้

พีต (Peat) เป็นถ่านหินที่เกิดในลำดับแรกๆ ของกระบวนการเกิด ถ่านหิน ยังคงสภาพการสะสมของซากพืช มักสะสมในที่ลุ่มชื้นแฉะ และ ถูกแบคทีเรียแปรสภาพเป็นอินทรียวัตถุ มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบอยู่ ประมาณร้อยละ 60 และมีออกซิเจนร้อยละ 30 มีความชื้นสูง แต่เมื่อแห้ง จะติดไฟได้ดี

ลิกไนต์ (Lignite) เป็นถ่านหินที่มีคุณภาพต่ำ ไม่ค่อยมีโครงสร้างของพืช เหลืออยู่ เนื้อแข็ง มีความขึ้นต่ำ สีน้ำตาลเข้มจนถึงดำ มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบอยู่ ร้อยละ 55-65 เมื่อเผาจะให้ความร้อนน้อยกว่า 8,300 บีทียู/ปอนด์ แหล่งผลิต เช่น เหมืองแม่เมาะ จังหวัดลำปาง เป็นต้น

ซับบิทูมินัส (Subbituminous Coal)เป็นถ่านหินที่มี คุณภาพดีกว่าลิกไนต์ แต่ต่ำกว่าบิทูมินัส มีสีดำ มีอายุการสะสม นานกว่าลิกไนต์ มีคาร์บอนร้อยละ 65-80 มีความชื้นต่ำกว่าลิกไนต์ เมื่อเผาจะให้ค่าความร้อน 8,300-13,000 บีทียู/ปอนด์ แหล่งผลิต เช่น อำเภองาว จังหวัดลำปาง อำเภอลี้ จังหวัดลำพูน เป็นต้น

บิทูมินัส (Bituminous Coal)เป็นถ่านหินที่มีการแปรสภาพสูง กว่าซับบิทูมินัส มีสีน้ำตาลถึงดำ มีคาร์บอนประกอบอยู่ร้อยละ 80-90 มีความชื้นต่ำ มีสารระเหย (Volatile Matter) ประกอบอยู่ด้วย เมื่อเผา จะให้ความร้อนตั้งแต่ 10,500 บีทียู/ปอนด์ขึ้นไป แต่จะมีควันมาก แหล่งผลิต ได้แก่ อำเภอลี้ จังหวัดลำพูน อำเภอแม่ระมาด จังหวัดตาก เป็นต้น

แอนทราไซต์ (Anthracite)เป็นถ่านหินที่มีการแปรสภาพสูงสุด มีสีดำ เนื้อแข็งมีความวาวมีคาร์บอนประกอบร้อยละ 86 ขึ้นไป ติดไฟยาก แต่เมื่อเผาแล้ว ไม่มีควัน ให้ค่าความร้อนสูงที่สุดถึง 15,500 บีทียู/ปอนด์ เป็นถ่านหิน ที่มีคุณภาพสูงสุด แหล่งผลิตที่กิ่งอำเภอนาด้วง จังหวัดเลย แต่เป็นชนิด เซมิแอนทราไซต์ (Semianthracite)

2 ปิโตรเลียม (Petroleum) ธรรมชาติ และอยู่ในสภาพอิสระ แบ่งเป็น เป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่เกิดขึ้นเองโดย

ก๊าซธรรมชาติ (Natural Gas) เป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่รวมตัวกันโดย มีสัดส่วนของอะตอมที่แตกต่างกัน ก๊าซจำพวกนี้ได้แก่ ก๊าซมีเทน ก๊าซอีเทน ก๊าซโพรเพน ก๊าซบิวเทน ก๊าซเพนเทน ก๊าซเฮกเซน ก๊าซเฮปเทน และก๊าซออกเทน จากองค์ประกอบต่างๆ เหล่านี้ สามารถจำแนกชนิดก๊าซตามคุณสมบัติ และการใช้ประโยชน์ในปัจจุบันได้ดังนี้
1 ก๊าซแห้ง (Dry Gas) มีองค์ประกอบของก๊าซมีเทน สถานะเป็นก๊าซ ที่มีอุณหภูมิและความดันปกติ ใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตก๊าซเหลว จึงสามารถบรรจุถังขนาดใหญ่ และขนส่งไปจำหน่ายได้ง่าย
2 ก๊าซขึ้น (Wet Gas) มีองค์ประกอบของแก๊สโพรเพน และก๊าซบิวเทน สถานะเป็นก๊าซที่อุณหภูมิและความดันปกติใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิต ก๊าซปิโตรเลียมเหลว
3 ก๊าซธรรมชาติเหลว หรือก๊าซโซลีนธรรมชาติ (Condensate) มี องค์ประกอบของก๊าซเพนเทน ก๊าซเอกเขน ก๊าซเอปเทน และก๊าซ ออกเทน (Crude Oil) มีสถานะเป็นก๊าซเมื่ออยู่ในแหล่งกักเก็บ แต่ เมื่อนำขึ้นมาถึงปากบ่อบนแท่นผลิตจะมีสถานะเป็นของเหลว ใช้เป็น วัตถุดิบในโรงกลั่นน้ำมัน ใช้เพิ่มออกเทนให้กับน้ำมันเบนซินเพื่อใช้ กับรถยนต์
น้ำมันดิบ (Crude Oil) ประกอบด้วยไฮโดรเจน และคาร์บอน ยังมีธาตุอื่นๆ ประกอบอยู่ด้วย เช่น ในโตรเจน ออกซิเจน วาเนเดียม เหล็ก เป็นต้น น้ำมันดิบ เมื่อนำมาผ่านกระบวนการกลั่นน้ำมันแล้วจะได้ผลิตภัณฑ์ น้ำมันต่างๆ ได้แก่ น้ำมันเบนซิน น้ำมันดีเซล น้ำมันเชื้อเพลิง สำหรับเครื่องบิน น้ำมันก๊าด รวมทั้งผลิตเป็นก๊าซหุงต้ม (LPG) เป็นต้น
แร่นิวเคลียร์ (Nuclear Minerals) เป็นแร่ที่สามารถนำมาใช้ในกิจการพลังงาน ปรมาณู เช่น โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ แร่นิวเคลียร์แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ
แร่กัมมันตรังสี (Rechoacleve Minerals) ที่มีคุณสมบัติสามารถแผ่กัมมันตรังสี ออกมาจากตัวเองได้ตลอดเวลา ได้แก่ แร่ในตระกูล ยูเรเนียม และตระกูลทอเรียม
แร่ที่ไม่สามารถแผ่รังสี แต่ใช้ช่วย ในการควบคุมปฏิกิริยาพลังงานปรมาณู ที่สำคัญ ได้แก่ แร่ตระกูลเบริล และตระกูลโคลัมเบียน แทนทาลัม
หินน้ำมัน (Oil Shale) มีองค์ประกอบเป็นอินทรียสารที่เรียกว่า เคโรเจน (Kerogen) ซึ่งเป็นสารน้ำมันในเนื้อหินทำให้สามารถจุดติดไฟได้ บางครั้งเรียกว่า หินติดไฟ ใช้ประโยชน์ในการกลั่น เอาน้ำมันมาใช้เป็นเชื้อเพลิง
1.2 แหล่งพลังงานหมุนเวียน (Renewable Energy Source) หมายถึง แหล่งพลังงาน ที่สามารถผลิตทดแทนได้เมื่อมีการนำมาใช้ โดยใช้ระยะเวลาในการผลิตไม่นาน หรือมีมากจนใช้แล้ว ไม่หมดไปง่ายๆ ได้แก่ น้ำ ดวงอาทิตย์ ลม ความร้อนใต้พิภพ ชีวมวล เช่น ไม้ แกลบ ชานอ้อย เป็นต้น

2. จำแนกตามกระบวนการผลิด ได้แก่
2.1 แหล่งพลังงานปฐมภูมิ (Primary Energy Source) เป็นแหล่งพลังงานที่มีต้นกำเนิด มาจากธรรมชาติ หรือแหล่งทรัพยากรของโลกโดยไม่ผ่านกระบวนการปรุงแต่ง เปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางเคมี เช่น ดวงอาทิตย์ ลม เกิดและมีตามธรรมชาติ และเมื่อนำมาใช้งานก็ยังคงอยู่ในสภาพนั้น หรือแปรรูปที่ทำให้มีการ น้ำมันดิบ ก๊าซธรรมชาติ ไม้ฟืน มูลวัว ทั้งหมดนี้
2.2 แหล่งพลังงานทุติยภูมิ (Secondary Energy Source) เป็นแหล่งพลังงานที่แปรรูป หรือเปลี่ยนรูปมาจากแหล่งพลังงานพวกแรก และอาจมีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางเคมีให้อยู่ใน รูปแบบที่เหมาะสมในการนำไปใช้งาน ได้แก่ น้ำมันปิโตรเลียมต่างๆ เช่น เบนซิน ดีเซล ก๊าซเชื้อเพลิง ถ่านหิน แอลกอฮอล์ เป็นต้น ขั้นตอนของกระบวนการแปรรูปแหล่งพลังงานเหล่านี้จะมีการใช้พลังงาน และเกิดการสูญเสียพลังงานในขั้นตอนการผลิตด้วย