ความหมายของพลังงานทดแทน

วิกฤตการณ์ด้านพลังงานได้ก่อตัวและทวีความรุนแรงเพิ่มมากขึ้น ทั้งจากการขาดแคลนแหล่งพลังงานและผลกระทบของการใช้พลังงานที่มีต่อสภาวะแวดล้อม ทั่วโลกต่างตระหนักถึงวิกฤตการณ์นี้ และพยายามคิดค้นเพื่อหาทางออก แนวทางหนึ่งในการแก้ไขวิกฤตการณ์ดังกล่าวคือการใช้พลังงานทดแทน พลังงานทดแทน (Alternative Energy) หมายถึง พลังงานที่ใช้แทนน้ำมันเชื้อเพลิง ซึ่งเป็นพลังงานหลักที่ใช้กันอยู่ทั่วไปในปัจจุบัน พลังงานทดแทนที่สำคัญ ได้แก่ พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานน้ำ พลังงานลม พลังงานความร้อนใต้พิภพ และพลังงานจากชีวมวล เป็นต้น ได้มีการศึกษาค้นคว้าเพื่อนำพลังงานทดแทนมาใช้ประโยชน์มากขึ้น ซึ่งจะช่วยผ่อนคลายปัญหาการขาดแคลนพลังงานในอนาคต และจะช่วยลดปัญหาด้านมลพิษที่เกิดขึ้นจากการใช้พลังงานในปัจจุบัน

พลังงานแสงอาทิตย์ (Solar Energy)

พลังงานแสงอาทิตย์ (Solar Energy) ประเทศไทยเป็นประเทศที่ตั้งอยู่ในเขตใกล้เส้นศูนย์สูตร จึงได้รับพลังงานแสงอาทิตย์ค่อนข้างสูง ค่าความเข้มพลังงานแสงอาทิตย์รวมเฉลี่ยของประเทศประมาณ 4.7 กิโลวัตต์ - ชั่วโมง ต่อตารางเมตร ต่อวัน หากเราสามารถใช้พลังงานแสงอาทิตย์ที่สาดส่องลงมาบนพื้นที่ของประเทศไทยเพียงหนึ่งในร้อยส่วนของพื้นที่ทั้งหมด เราจะได้พลังงานเทียบเท่ากับการใช้น้ำมันดิบประมาณ 7,000,000 ตัน ต่อปี

การนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ การนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ทำได้ 2 ลักษณะ คือ กระบวนการเปลี่ยนรูปเป็นพลังงานไฟฟ้า เมื่อแสงอาทิตย์ตกกระทบลงบนแผงเซลล์แสงอาทิตย์ เซลล์แสงอาทิตย์จะทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า เพื่อนำไปใช้กับอุปกรณ์เครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ กระบวนการเปลี่ยนรูปเป็นพลังงานความร้อน โดยให้แสงอาทิตย์ส่องผ่านแผ่นรับแสงมาตกกระทบยังพื้นสีดำ เป็นผลให้เกิดความร้อน ซึ่งสามารถนำไปใช้ในการทำความร้อนต่างๆ เช่น การทำให้ระบบน้ำร้อน ใช้ในอุปกรณ์เครื่องทำน้ำร้อน เป็นต้น

ความร้อนเพิ่มมากขึ้นเหนือบริเวณพื้น ทำให้สามารถนำพลังงานความร้อนที่ได้ไปใช้ประโยชน์ในลักษณะ ต่างๆ เช่น นำไปใช้ผลิตน้ำร้อน กลั่นน้ำ อบแห้งพืชผลทางการเกษตร เป็นต้น

ตัวอย่างการใช้เซลล์แสงอาทิตย์ในด้านต่างๆ

การคมนาคม	ทางน้ำ: ใช้แสงไฟประภาคารและแสงไฟของทุ่นลอยน้ำในการให้สัญญาณนำทางสำหรับเรือ ทางบก: ใช้ไฟสัญญาณข้างถนน, ไฟสัญญาณพื้นถนน, ไฟสัญญาณให้ทางรถไฟ, โคมไฟบนทางด่วน, โทรศัพท์ฉุกเฉินบนทางด่วน, กล้องวิดีโอข้างถนน, พัดลมระบายอากาศที่หน้าต่าง และหลังคารถ เพื่ออำนวยความสะดวกและเพิ่มความปลอดภัยในการเดินทาง ทางอากาศ: ใช้ดวงไฟสิ่งกีดขวางในที่สูง
การสื่อสาร	ใช้ในสถานีถ่ายทอดวิทยุ, โทรทัศน์บนภูเขาสูง, เครื่องวัดพยากรณ์อากาศ, กล้องตรวจความปลอดภัยที่เขื่อน, โทรศัพท์มือถือ, โทรศัพท์ทหาร
การป้องกันการสึกกร่อน	ท่อน้ำมัน, ท่อก๊าซ, สะพานเหล็ก, เขื่อนกั้นคลื่นแสงไฟท่อก๊าซ
การปศุสัตว์	ใช้ในการติดตั้งรั้วไฟฟ้าป้องกันสัตว์หนี, ปั๊มน้ำดื่มน้ำใช้, แสงไฟจับกบ, จับแมลงต่างๆ
การประมง	เครื่องกระตุ้นการแพร่พันธุ์สัตว์น้ำในทะเลด้วยเสียง และแสงไฟโคมล่อปลา ในทะเล โคมไฟหาปลาในทะเล ห้องเย็นเก็บสัตว์ทะเล
การเกษตรกรรม	ปั๊มสูบน้ำ, แสงไฟกรีดยางพารา, หุ่นไล่กา, ห้องอบ/เป่าพืชให้แห้ง, เครื่องนวดข้าวกลางทุ่งนา, การชลประทาน และระบบฉีดพ่นน้ำ
การวัดและรักษาสภาพแวดล้อม	เครื่องวัดอุณหภูมิน้ำทะเล เครื่องวัดความเค็มน้ำทะเล เครื่องวัดความเร็วน้ำทะเล เครื่องวัดความสูงคลื่นทะเล เครื่องวัดฝุ่นในอากาศ เครื่องวัดระดับเสียง-ควัน เครื่องวัดละอองเกสรดอกไม้ (ป้องกันโรคภูมิแพ้)
การแพทย์	ตู้เย็นเก็บยาและวัคซีน โคมไฟสถานีอนามัย วิทยุสื่อสาร
การบันเทิง	เรือมอเตอร์ โคมไฟแคมป์ วิทยุสื่อสาร โทรทัศน์ โคมไฟบ้านพักตากอากาศ เครื่องบิน เครื่องร่อน รถยนต์ไฟฟ้า ของเล่นไฟฟ้า รถไฟฟ้าสนามกอล์ฟ หมวกติดพัดลม
ระบบไฟฟ้า	ต่อเข้ากับระบบการไฟฟ้าของหมู่บ้านที่ห่างไกล โรงเรียนที่ห่างไกล สถานีอนามัยที่ห่างไกล
ภายในอาคาร	เครื่องคิดเลข นาฬิกาข้อมือ ของเล่น พัดลมระบายอากาศที่หน้าต่าง
ติดตั้งบนหลังคาบ้าน	จ่ายไฟฟ้าให้บ้าน หลอดแสงสว่าง ตู้เย็น โทรทัศน์ เครื่องปรับอากาศ

พลังงานน้ำ (Water Energy)

น้ำเป็นพลังงานสะอาดที่ไม่มีผลเสียต่อสิ่งแวดล้อมมากนัก มีการทดแทนต่อเนื่องตลอดเวลา ทำให้สามารถใช้ประโยชน์ได้ไม่สิ้นสุด แต่เป็นพลังงานที่ต้องลงทุนสูง ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาสูง และมีปัญหาการโยกย้ายถิ่นฐานของชุมชนเพื่อสร้างเขื่อนขนาดใหญ่ การที่จะนำมาใช้จึงต้องพิจารณาให้รอบคอบ และให้สามารถใช้ได้ผลอย่างคุ้มค่าจริง ๆ กำลังน้ำเป็นแหล่งพลังงานที่สามารถนำไปใช้โดยวิธีการต่าง ๆ ได้ถึง 5 ทาง ดังนี้

1. การสร้างเขื่อนหรือกักเก็บน้ำไว้ในที่สูง แล้วปล่อยให้น้ำไหลลงมาตามท่อเข้าสู่เครื่องกังหันน้ำ ผลักดันใบพัดให้กังหันน้ำหมุน เพลาของเครื่องกังหันน้ำที่ต่อเข้ากับเพลาของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะหมุนตาม เกิดการเหนี่ยวนำขึ้นในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ทำให้เกิดพลังงานไฟฟ้า

2. การใช้พลังงานจากน้ำขึ้นน้ำลงที่มีระดับแตกต่างกันมากมาผลิตกระแสไฟฟ้า ซึ่งปัจจุบันมีอยู่ในประเทศฝรั่งเศสและรัสเซีย

3. การใช้พลังงานคลื่นในมหาสมุทรมาผลิตกระแสไฟฟ้า โดยการสร้างทุ่นลอยอยู่บนผิวน้ำ การเคลื่อนไหวของทุ่นลอยเหล่านี้โดยคลื่นทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า ปัจจุบันหลายประเทศกำลังศึกษาและทดลองอยู่

4. การใช้ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างบริเวณผิวน้ำทะเลที่อบอุ่นและบริเวณน้ำที่อยู่ในระดับลึกซึ่งเย็นกว่า

5. การใช้พลังงานจากกระแสน้ำในมหาสมุทร โดยใช้การไหลวนของกระแสน้ำในมหาสมุทรที่เกิดขึ้นอย่างสม่ำเสมอ และมีการเคลื่อนไหวอย่างช้าๆ ในปริมาณมากมายมหาศาลและมีพลังงานมากพอที่จะนำมาใช้ประโยชน์ได้

พลังงานลม (Wind Energy)

เป็นพลังงานที่มีอยู่ทั่วไปและไม่มีวันหมด เกิดจากการถ่ายเทเคลื่อนย้ายมวลอากาศเพราะความแตกต่างของอุณหภูมิในบริเวณหนึ่ง ลมที่มีความรุนแรงเต็มที่ เช่น พายุเฮอริเคนหรือทอร์นาโด จะมีพลังงานสะสมอยู่เทียบเท่ากับแรงระเบิดของระเบิดปรมาณู ในสมัยโบราณมนุษย์รู้จักนำพลังงานลมมาใช้ เช่น สูบน้ำ บดข้าวโพด แล่นเรือใบ เป็นต้น

กังหันลมเป็นเครื่องจักรกลชนิดหนึ่งที่สามารถรับพลังงานจลน์จากการเคลื่อนที่ของลมและเปลี่ยนให้เป็นพลังงานกล จากนั้นนำพลังงานกลไปใช้ประโยชน์โดยตรง เช่น การผลิตพลังงานไฟฟ้า ปัจจุบันทั่วโลกมีกังหันลมที่ใช้ในการสูบน้ำมากกว่า 1 ล้านตัว และเป็นกังหันลมที่ใช้ผลิตไฟฟ้าขนาดหนึ่งกิโลวัตต์ขึ้นไปมากกว่า 12,000 ตัว การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานลมจะใช้ควบคู่ไปกับการผลิตพลังงานไฟฟ้าจากพลังงานรูปอื่น ๆ เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ เป็นต้น

กระแสลมโดยเฉลี่ยของประเทศไทยอยู่ในระดับกลางถึงต่ำ โดยมีความเร็วของกระแสลมต่ำกว่า 4 เมตรต่อวินาที เราได้นำพลังงานจากกระแสลมมาใช้ในการหมุนกังหันลมสูบน้ำ ซึ่งมีอยู่ทั่วประเทศไทยประมาณ 5,800 ชุด และมีการคิดค้นพัฒนาในการนำกังหันลมมาใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าในหลายพื้นที่ของประเทศไทย โดยเฉพาะที่แหลมพรหมเทพ จังหวัดภูเก็ต ได้นำกังหันลมมาใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าร่วมกับการผลิตกระแสไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์

พลังงานความร้อนใต้พิภพ (Geothermal Energy)

พลังงานความร้อนใต้พิภพเป็นแหล่งพลังงานธรรมชาติที่มีขนาดใหญ่แหล่งหนึ่งของโลก เกิดจากการเคลื่อนตัวของเปลือกโลก และการเกิดแนวรอยเลื่อนแตก ทำให้น้ำบางส่วนไหลซึมลงไปใต้ผิวโลกไปสะสมตัว และรับความร้อนจากชั้นหินที่มีความร้อนสูง กลายเป็นน้ำร้อนและไอน้ำที่พยายามแทรกตัวตามรอยเลื่อนแตกของชั้นหินขึ้นมาบนผิวดิน ซึ่งอาจจะปรากฏในลักษณะของน้ำพุร้อน ไอน้ำร้อน โคลนเดือด และก๊าซ พลังงานความร้อนนี้จะสะสมอยู่ใต้ผิวโลก ยิ่งลึกลงไปอุณหภูมิก็ยิ่งสูงขึ้น เช่น ที่ระดับความลึกประมาณ 25-30 กิโลเมตรลงไป อุณหภูมิจะมีค่าอยู่ในเกณฑ์เฉลี่ยประมาณ 550-1,000 องศาเซลเซียส ส่วนที่ตรงจุดกลางโลกจะมีอุณหภูมิสูงมากถึง 3,500-4,500 องศาเซลเซียส

จะมีจำนวนมากมาย แต่ด้วยข้อจำกัดทางด้านเทคโนโลยีในสภาพปัจจุบัน การพัฒนาแหล่งพลังงานประเภทนี้มาใช้ประโยชน์จึงดำเนินการได้ในระดับความลึกเพียง 10 กิโลเมตรเท่านั้น

น้ำร้อนจากใต้พื้นดินสามารถนำมาถ่ายเทความร้อนให้กับของเหลวหรือสารที่มีจุดเดือดต่ำ ซึ่งง่ายต่อการเดือดและการเป็นไอ แล้วนำไอที่ได้ไปหมุนกังหันเพื่อขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า นอกจากนี้ น้ำพุร้อนที่นำมาใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าแล้ว เมื่อมีอุณหภูมิต่ำลงเหลือประมาณ 80 องศาเซลเซียส สามารถนำมาใช้เป็นพลังงานในการอบแห้งพืชผลทางการเกษตร เป็นพลังงานสำหรับห้องเย็น และเครื่องปรับอากาศได้อีกด้วย

พลังงานชีวมวล (Biomass Energy)

ชีวมวล คือ สารทุกรูปแบบที่ได้จากสิ่งมีชีวิต ประกอบด้วยไม้ และถ่านไม้ ชานอ้อย แกลบ และของเหลือทางเกษตรกรรมอื่นๆ อุตสาหกรรมการเกษตรที่ใช้ชีวมวลเหลือจากกระบวนการผลิตมาใช้เป็นเชื้อเพลิงในการผลิตไฟฟ้าและความร้อนร่วม (Cogeneration) ได้แก่ โรงงานน้ำตาล ซึ่งใช้ชานอ้อย ใบอ้อย และยอดอ้อยมาเป็นเชื้อเพลิง โรงสีข้าว ซึ่งใช้แกลบเป็นเชื้อเพลิง โรงงานน้ำมันปาล์ม ซึ่งสามารถใช้กาบและกะลาผลปาล์ม รวมทั้งทะลายผลปาล์มมาเป็นเชื้อเพลิงร่วมผลิตความร้อนและไฟฟ้า

ไฟฟ้าใช้ในโรงงาน และยังสามารถนำมูลสัตว์จากการทำฟาร์มปศุสัตว์ ตลอดจนน้ำเสียที่ทิ้งจากโรงงานและอุตสาหกรรมบางประเภท เช่น อุตสาหกรรมอาหาร และขยะมูลฝอยมาผลิตก๊าซชีวมวลได้โดยผ่านกระบวนการย่อยสลายสารอินทรีย์ในสภาพไร้อากาศ (Anaerobic Digestion) ซึ่งจะได้ก๊าซมีเทนที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงในการผลิตไฟฟ้าได้ นอกจากนี้ยังมีการนำชีวมวลชนิดต่างๆ มาใช้เป็นเชื้อเพลิงผลิตไฟฟ้ามากขึ้น เช่น มันสำปะหลังซึ่งมีปริมาณล้นตลาด หรือการปลูกไม้โตเร็ว เช่น กระถินยักษ์ กระถินณรงค์ ยูคาลิปตัสบนที่ดินเสื่อมโทรมมาเป็นเชื้อเพลิง

1. กระบวนการที่ให้ความร้อน เป็นการนำชีวมวลมาเผาเพื่อให้เกิดความร้อน เช่น การนำถ่านไม้หรือหินมาเผาให้เกิดความร้อนสำหรับนำไปใช้ประโยชน์ต่างๆ ได้ โดยมีการพัฒนาเทคโนโลยีในการใช้ชีวมวลในแง่ดังกล่าวนี้ เช่น พัฒนาและผลิตเตาที่ใช้กันอยู่ให้เป็นเตาประสิทธิภาพสูงสำหรับอุตสาหกรรมชนบทขนาดเล็ก เช่น เตานึ่งเมี่ยง เตานึ่งปอสา เตาเผาอิฐ โดยการออกแบบเตาดังกล่าวให้มีการเผาไหม้สมบูรณ์ และมีการรั่วไหลของพลังงานความร้อนจากตัวเตาน้อยที่สุด ด้านเชื้อเพลิงได้คิดค้นและผลิตก้อนอัดชีวมวลหรือเชื้อเพลิงเขียว ซึ่งทำโดยการนำวัชพืชมาสับแล้วอัดแท่ง ตากแดด และอบให้แห้ง ก้อนอัดชีวมวลที่ได้จะจุดติดไฟง่าย และให้ความร้อนสูง นอกจากนี้ยังได้นำผลผลิตหรือผลพลอยได้จากพืชจำพวกข้าว ข้าวโพด อ้อย และกากน้ำตาล มาผลิตเอทิลแอลกอฮอล์ หรือเอทานอล รวมทั้งการนำมันสำปะหลังมาเผาโดยควบคุมความร้อนจะได้ก๊าซชีวมวล ซึ่งสามารถนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงต่อไป

2. กระบวนการทางชีวภาพ เป็นการนำมูลสัตว์ ขยะ หรือน้ำเสียมาหมักในที่ที่ไม่มีอากาศ ปล่อยให้เกิดกระบวนการย่อยสลาย ซึ่งจะได้ก๊าซชีวภาพสำหรับใช้เป็นเชื้อเพลิงในการหุงต้ม ใช้กับเครื่องยนต์ หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เป็นต้น

จากปัญหาวิกฤตการณ์ด้านพลังงานที่มีผลกระทบไปทั่วโลก ประเทศไทยจึงได้มีการวางแผนการพัฒนาพลังงานทดแทน โดยเน้นการนำพลังงานจากแหล่งที่สามารถหมุนเวียนและมีความยั่งยืนมาใช้ เช่น พลังงานน้ำที่นำมาใช้ในโครงการโรงไฟฟ้าขนาดเล็กจำนวน 19 โครงการ มีการผลิตไฟฟ้ารวม 66,280.0 กิโลวัตต์ นอกจากนี้ ยังมีการพัฒนาแหล่งพลังงานทดแทนอื่น ๆ เช่น พลังงานจากเชื้อเพลิงชีวภาพทั้งในรูปของของเหลวและก๊าซชีวภาพ รวมถึงพลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานลม และพลังงานจากเชื้อเพลิงอัดแท่ง, ก๊าซโซฮอล์ และใบโอดีเซล ซึ่งทั้งหมดนี้เป็นส่วนหนึ่งของโครงการในพระราชดำริของพระบาทสมเด็จพระบรมชนกาธิเบศร มหาภูมิพลอดุลยเดชมหาราช บรมนาถบพิตร

สรุป

ทรัพยากรธรรมชาติถือเป็นรากฐานสำคัญสำหรับการพัฒนาประเทศ เนื่องจากเป็นต้นกำลังของระบบผลิตไฟฟ้าทั้งหมดในปัจจุบัน ซึ่งหลายแหล่งพลังงานที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติก็มีวันหมดสิ้น เช่น น้ำที่เป็นทรัพยากรหมุนเวียน แม้จะมีข้อดี แต่ก็มีข้อจำกัดในด้านผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมเช่นกัน ด้วยเหตุนี้จึงมีความพยายามคิดค้นแสวงหาแหล่งพลังงานใหม่ที่สามารถใช้งานได้ยาวนาน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานลม พลังงานความร้อนใต้พิภพ และพลังงานชีวมวล ซึ่งในระยะแรกของการนำมาใช้จะจำกัดอยู่ในพื้นที่ขนาดเล็กและห่างไกล แต่เมื่อเวลาผ่านไปและเทคโนโลยีได้พัฒนาเพิ่มเติม คาดว่าจะสามารถลดต้นทุนการผลิตและนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ได้อย่างกว้างขวาง ทั้งนี้ยังต้องคำนึงถึงศักยภาพของแต่ละประเภทพลังงานในการรองรับการใช้งานระยะยาวด้วย