สรุปประเด็นหลัก
- การผลิตไฟฟ้าด้วยกระแสคลื่นเป็นพลังงานสะอาด ทำให้หลายประเทศในยุโรป สหรัฐอเมริกา ออสเตรเลีย และอิสราเอล หันมาให้ความสำคัญกับระบบการผลิตไฟฟ้ารูปแบบนี้ เพื่อเป็นพลังงานทดแทนให้กับประเทศ
- ประเทศไทยอาจจะมีศักยภาพในการสร้างระบบการผลิตไฟฟ้าจากคลื่นทะเล แต่ยังต้องพิจารณาถึงปัจจัยต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง เช่น นโยบายของภาครัฐ ต้นทุนการผลิต และความยินยอมของประชาชนที่อาศัยอยู่ในบริเวณใกล้เคียง
บทนำ
หากมองจากอวกาศลงมาสู่โลกใบนี้ได้ หรืออาจจะแค่ลองดูในแผนที่โลกจะเห็นได้ชัดว่า บนดาวเคราะห์สีฟ้าแห่งนี้ มีพื้นที่ทะเลถึง 71 เปอร์เซ็นต์ และอีก 29 เปอร์เซ็นต์ คือพื้นผิวแผ่นดิน มันคงจะดีมากหากว่ามนุษย์สามารถเอาพลังงานหมุนเวียนอย่างน้ำทะเล ลมทะเล หรือแม้แต่คลื่นทะเลมาทำเป็นพลังงานไฟฟ้า
หมายความว่าหากเราสามารถทำระบบกำเนิดไฟฟ้าจากคลื่นทะเลหรือมหาสมุทรจะเป็นการสร้างพลังงานหมุนเวียนที่ไม่มีวันหมด มากกว่านั้นเทคโนโลยีปัจจุบันยังทำให้ระบบสร้างกระแสไฟฟ้าจากทะเลสามารถเปลี่ยนน้ำทะเลเป็นน้ำจืดได้อีกด้วย ซึ่งจะเป็นผลดีต่อบรรดาเกาะทั้งหลายที่อยู่ห่างจากแผ่นดินใหญ่ และมีไฟฟ้าใช้อย่างจำกัด ที่สำคัญพลังงานไฟฟ้าคลื่นทะเลเป็นพลังงานสะอาด และสามารถผลิตไฟฟ้าได้อย่างไม่จำกัด ดังนั้น คำถามนำในที่นี้อยู่ที่ว่า ‘มนุษย์จะผลิตกระแสไฟฟ้าจากทะเลได้หรือไม่’
วัตถุประสงค์ของบทความ
เพื่อนำเสนอแนวทางการใช้ประโยชน์จากพลังงานคลื่นทะเลในฐานะพลังงานทดแทน
พลังงานไฟฟ้าจากทะเล
สำหรับคำถามที่ว่า มนุษย์จะผลิตกระแสไฟฟ้าจากทะเลได้หรือไม่ คำตอบจากตรงนี้ คือ ‘ได้’ และเรื่องนี้ไม่ใช่เรื่องใหม่แต่อย่างใด ย้อนกลับไปในปี ค.ศ. 1799 ปิแอรร์ – ซิมอง ฌิราร์ (Pierre-Simon Girard) และลูกชายได้คิดค้นการเปลี่ยนแปลงคลื่นทะเลมาเป็นกระแสไฟฟ้า ตลอดจนจดลิขสิทธิ์ในปีดังกล่าว จากนั้นก็มีนักวิทยาศาสตร์ รวมถึงวิศวกรชาวยุโรปหลายคนพยายามพัฒนาต่อยอดเครื่องผลิตกระแสไฟฟ้าชนิดนี้
ส่วนการทำงานของพลังงานคลื่นทะเล จะแบ่งออกเป็นหลายรูปแบบ โดยหลักแล้วจะเป็นการจับพลังงานของคลื่นทะเล และการควบคุมพลังงานของคลื่นทะเลตามสถานที่ที่ระบบได้ถูกติดตั้งไว้ ซึ่งระบบจะติดตั้งตามชายฝั่ง ใกล้ชายฝั่ง และกลางทะเล
ระบบพลังงานคลื่นทะเลจะมีอุปกรณ์หลัก ๆ คือ เครื่องสูบน้ำ ระบบท่อกันน้ำ ท่อเชื่อมกับชายฝั่ง กังหันกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำ กังหันลม และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
ในงานของ ดร.สายชล ศรีแป้น จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ (วิทยาเขตระยอง) เขียนได้อย่างน่าสนใจว่า ปัจจุบันมีการนำอุปกรณ์ประเภทเพียโซอิเล็กทริก (Piezoelectric device) เป็นระบบที่แปลงพลังงานเชิงกลมาเป็นพลังงานไฟฟ้าสำหรับเก็บไฟฟ้าที่ได้จากคลื่นทะเล มากกว่านั้นยังมีอุปกรณ์ที่เรียกว่า พรมทะเล (Sea carpet) ที่ออกแบบคล้ายลักษณะของคลื่นที่มีความยืดหยุ่น ทำหน้าที่ใต้ท้องทะเลโดยที่ใต้แผ่นยางจะมีลูกสูบ ซึ่งทำหน้าที่เป็นส่วนแปลงไฟฟ้าพลังงานเชิงกลเป็นพลังงานไฟฟ้าและส่งต่อตามสายไฟสู่สถานีไฟฟ้าบนฝั่ง
นอกจากพรมทะเลแล้ว ยังมีอีกหนึ่งรูปแบบคือ Pelamis Wave Power ซึ่งมีลักษณะยาวเป็นท่อลอยเป็นทุ่นอยู่บนทะเล มีต้นทุนการติดตั้งและซ่อมบำรุงอยู่ที่ประมาณ 6.32 – 14.1 ล้านดอลลาร์สหรัฐ ที่สามารถแปลงคลื่นทะเลเป็นกระแสไฟฟ้า อีกหนึ่งรูปแบบคือวัสดุทุ่นลอยอยู่เหนือน้ำ เชื่อมโยงด้วยอุปกรณ์คล้ายท่อลงมายังก้นทะเลที่มีอุปกรณ์กำเนิดไฟฟ้าอยู่ จากนั้นก็จะส่งไฟฟ้าที่ผลิตได้จากการโยกขึ้นลงของตัวลูกโป่งบนผิวน้ำส่งขึ้นไปยังตัวเก็บกระแสไฟฟ้าบนฝั่ง
ระบบต่อมาคือ ระบบ Oyster wave energy converter หรือระบบที่ควบคุมคลื่นทะเลจากจุดที่ตั้งความลึกประมาณ 10 – 12 เมตร หรือประมาณ 500 เมตรนอกชายฝั่ง มีลักษณะที่เป็นปั๊มน้ำพลังงานคลื่นคล้ายใบพายขนาดใหญ่ เมื่อคลื่นมากระทบก็จะไปหมุนกับใบพัดกำเนิดไฟฟ้า และส่งต่อตามสายไฟฟ้าใต้น้ำไปยังสถานีไฟฟ้าบนฝั่ง
และสุดท้ายคือ แบบกังหันใต้น้ำ ‘กังหันน้ำ’ (Ocean Tidal Energy) ซึ่งวิธีนี้มีราคาถูก ระบบพลังงานคลื่น เป็นการใช้พลังงานกลจากคลื่นทะเลเพื่อหมุนใบพัดที่ติดตั้งใต้น้ำซึ่งคล้ายกับการใช้กระแสลมหมุนกังหัน และสามารถปรับทิศทางได้อัตโนมัติเพื่อผลิตไฟฟ้าได้มากที่สุด วิธีการนี้มีการนำไปใช้มากเนื่องจากราคาถูก
แต่สิ่งที่ต้องระวังคือ น้ำทะเลที่สามารถกัดกร่อนอุปกรณ์ที่เป็นโลหะ ซึ่งเป็นส่วนสำคัญในการสร้างระบบการผลิตไฟฟ้าจากคลื่นทะเล หรือสัตว์ทะเล อย่างตัวเพรียงที่อาศัยเกาะอยู่ตามพื้นผิวของโลหะในทะเล ซึ่งเพรียงนอกจากที่สามารถเกาะตามช่องทางต่าง ๆ หรือกระทั่งสิ่งปฏิกูลในทะเลที่จะเข้ามาขัดขวางการทำงานของระบบแล้ว ยังสามารถเพิ่มน้ำหนักให้กับเครื่องที่ติดตั้งได้
เรื่องของพายุ และคลื่นลมที่มีกำลังแรงก็จะสามารถสร้างความเสียหายให้กับระบบผลิตไฟฟ้า หรือทำให้ระบบหลุดจากแท่นที่ผูกระบบไว้กับที่ได้เช่นกัน แต่เทคโนโลยีปัจจุบันสามารถทุเลาระบบความเสียหายที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติให้กับระบบการผลิตไฟฟ้าคลื่นทะเลได้
แนวโน้มของการใช้งานไฟฟ้าพลังงานคลื่นทะเล
ด้วยความที่การผลิตไฟฟ้าด้วยกระแสคลื่นเป็นพลังงานสะอาด ทำให้หลายประเทศในยุโรป สหรัฐอเมริกา ออสเตรเลีย และอิสราเอล พิจารณาและหันมาใช้ระบบการผลิตไฟฟ้าแบบนี้ เพื่อเป็นพลังงานทดแทนให้กับประเทศ
เว็บไซต์มาร์เก็ตแอนด์มาร์เก็ต ซึ่งเป็นบริษัทการวิจัยตลาดเผยข้อมูลการคาดการณ์ว่า จะมีจำนวนเพิ่มขึ้นจากในปี ค.ศ. 2020 ขนาดของตลาดพลังงานคลื่นอยู่ที่ 44,000 ล้านดอลลาร์สหรัฐ จะเพิ่มสูงขึ้นถึง 107,000 ล้านดอลลาร์สหรัฐ (1 ดอลลาร์สหรัฐเท่ากับประมาณ 31 บาท) ภายในปี ค.ศ. 2025
ในเว็บไซต์โอเพ่นอีไอรายงานว่า ปัจจุบันนี้มีอยู่ 4 ประเทศที่มีฟาร์มระบบผลิตไฟฟ้าจากคลื่นอย่างประเทศโปรตุเกส ซึ่งเป็นประเทศแรกที่มีการติดตั้งระบบนี้ตั้งแต่ปี ค.ศ. 2008 มีกำลังผลิตอยู่ที่ 2.25 เมกะวัตต์ อย่างไรก็ตามหลังจากที่ยุโรปเจอกับพิษเศรษฐกิจทำให้ฟาร์มระบบผลิตไฟฟ้าจากคลื่นต้องชะงักลงไป
ประเทศสหราชอาณาจักรเริ่มทำฟาร์มผลิตไฟฟ้าจากคลื่นอย่างจริงจังในปี ค.ศ. 2007 กับเงินลงทุนที่มากกว่า 4 ล้านปอนด์ หรือประมาณ 5.9 ล้านดอลลาร์สหรัฐ ซึ่งระบบส่วนใหญ่ติดตั้งอยู่บริเวณชายฝั่งของสกอตแลนด์ ปัจจุบันสหราชอาณาจักรมีเครื่องผลิตไฟฟ้าจากคลื่น 66 เครื่อง ผลิตไฟฟ้าได้ 20 เมกะวัตต์ ป้อนไฟฟ้าให้กับบ้านเรือนได้ราว 7,500 หลังคาเรือน หรือเทียบได้กับกำลังผลิตของเขื่อนพลังงานน้ำขนาดเล็กในไทยประมาณ 2 – 3 เขื่อน เทียบตามข้อมูลจากกองสื่อสารภายนอก ฝ่ายสื่อสารและประชาสัมพันธ์องค์การ การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย เขื่อนขุนด่านปราการชล ซึ่งเป็นเขื่อนขนาดเล็กที่มีกำลังการผลิตสูงสุดของการไฟฟ้าอยู่ที่ 10 เมกะวัตต์
ประเทศออสเตรเลียมีฟาร์มระบบผลิตไฟฟ้าจากคลื่นเช่นเดียวกัน ตั้งอยู่บริเวณชายฝั่งทางทิศตะวันตกใกล้กับเมืองพอร์ตแลนด์ รัฐวิกตอเรีย และมีต้นทุนการติดตั้งอยู่ที่ 65 ล้านดอลลาร์สหรัฐ ขณะที่ประเทศสหรัฐอเมริกาก็มีโครงการฟาร์มระบบผลิตไฟฟ้าจากคลื่นเช่นเดียวกัน โดยมีแผนจะสร้างที่ชายฝั่งทิศตะวันตก บริเวณรัฐโอเรกอน แต่ด้วยปัญหาทางกฎหมายและปัญหาทางเทคนิคทำให้แผนนี้ต้องระงับไป
พลังงานคลื่นทะเลกับประเทศไทย
ในส่วนของประเทศไทยที่ไม่ว่าจะมองไปทางซ้าย หรือขวา หรือมองไปข้างหน้า ทิศทางการหาแหล่งพลังงานใหม่ ๆ ยังไม่สว่างเจิดจ้าเท่าที่ควร แม้ว่าทางรัฐบาลจะพยายามส่งเสริม หรือพยายามมีแก้กฎหมาย
ที่เกี่ยวกับการผลิตไฟฟ้า ซึ่งให้เอกชนมีส่วนร่วมมากขึ้น
แต่พลังงานทางเลือกที่สะอาด ทำลายสภาพแวดล้อมน้อยที่สุด และเหมาะกับประเทศไทยมากที่สุดอย่างการทำฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์ก็ยังไม่ตอบโจทย์การใช้พลังงานมากนัก
ด้วยความที่ประเทศไทยมีชายฝั่งด้านอ่าวไทยยาวถึง 1,660 กิโลเมตร ส่วนอันดามันยาว 954 กิโลเมตรในที่นี้หมายความว่า ประเทศไทยอาจจะมีศักยภาพในการสร้างระบบการผลิตไฟฟ้าจากคลื่นทะเล ซึ่งไม่เพียงแต่ตอบโจทย์ด้านพลังงานทางเลือกที่สะอาดแล้ว เกาะที่ห่างไกลจากชายฝั่ง อย่างเกาะพยาม จังหวัดระนองและอีกหลายเกาะซึ่งเป็นสถานที่ท่องเที่ยวหลายแห่งก็จะมีความมั่นคงทางพลังงานมากขึ้น ไม่ต้องประสบกับปัญหาไฟฟ้าตก ไฟฟ้าดับ และมีไฟฟ้าไว้ใช้ยามฉุกเฉินได้ด้วย
หากพิจารณาดูความเหมาะสมแล้ว รายงานของหน่วยงานด้านพลังงานหมุนเวียนสากล (IRENA -International Renewable Energy Agency) ระบุว่า ตัวความแรงของคลื่นปกติแล้วหากจะให้เกิดประสิทธิภาพมากที่สุด ความหนาแน่นของคลานจะต้องอยู่ที่ 40 – 60 กิโลวัตต์ต่อเมตร แต่ถ้าจะให้ดีที่สุดต้องอยู่ที่ 60 – 70 กิโลวัตต์ต่อเมตร และส่วนใหญ่จะเป็นเขตภูมิอากาศอบอุ่น (Temperate Zone) อยู่ในเขตละติจูดกลางระหว่างเขตร้อนและเขตหนาว
และข้อมูลจากสถาบันวิจัยพลังงานไฟฟ้าของสหรัฐอเมริกา หรือ EPRI – Electric Power Research Institute ที่เผยรายงานว่า หากสหรัฐอเมริกาสร้างเครื่องผลิตไฟฟ้าจากคลื่นตามชายฝั่ง สหรัฐอเมริกาจะสามารถผลิตไฟฟ้าจากคลื่นได้ถึง 2,640 เทเลวัตต์ต่อปี
ภาพที่ 1: ปริมาณความหนาแน่นของคลื่น (กิโลวัตต์/เมตร)
ที่มา: Quantifying the global wave power resource โดย Kester Gunn, Clym Stock-Williams
ประกอบกับข้อมูลจากเว็บไซต์โอเพ่นอีไอที่ระบุว่า ทุก ๆ หนึ่งเมตรของคลื่นตามชายฝั่ง ระบบนี้จะสามารถผลิตไฟฟ้าได้ประมาณ 30 – 40 กิโลวัตต์ ซึ่งเทียบได้กับเขื่อนขนาดเล็กอย่างเขื่อนคลองช่องกล่ำที่ผลิตได้2 กิโลวัตต์ หรือความร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ของแหลมพรหมเทพ และสันกำแพง
จากหลักภูมิศาสตร์แล้ว ประเทศไทยทั้งฝั่งอ่าวไทยและฝั่งอันดามันมีความหนาแน่นของคลื่นอยู่ที่ 10 – 20 กิโลวัตต์ต่อเมตรเท่านั้น ซึ่งถือว่ายังไม่มีประสิทธิภาพเท่าที่ควร
แต่ยังมีระบบการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานคลื่น แบบกังหันน้ำ ซึ่งมีความเหมาะสมมากที่สุด โดยหากพิจารณาตามหลักภูมิศาสตร์ของไทยที่คลื่นลมบนพื้นผิวไม่แรงนัก ซึ่งแบบอื่น ๆ ตามที่กล่าวไปอาจจะไม่เหมาะสม
นอกจากนี้ ในเรื่องของต้นทุน เว็บไซต์เอนไวรอนเน็ตเผยว่า กังหันน้ำจากคลื่นทะเลจะสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ 1 เมกะวัตต์ที่ต้นทุนการผลิตประมาณ 1.8 – 3.2 บาทต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง แต่อย่างไรก็ตามในรายงานของหน่วยงานด้านพลังงานหมุนเวียนสากลยังติงด้วยว่า ราคาต่อหน่วยนั้นขึ้นอยู่กับพื้นที่ที่ติดตั้งด้วย
หากเทียบข้อมูลของการไฟฟ้านครหลวงแล้ว หน่วยละประมาณ 2.6 บาทในช่วงที่มีการใช้ไฟฟ้าไม่หนาแน่น และประมาณ 5.7 บาท ในช่วงที่มีการใช้ไฟฟ้าหนาแน่น และอย่าลืมว่าราคาดังกล่าวเป็นราคาที่บวกมาจากการขายต่อจากการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแล้ว ขณะเดียวกันในเว็บไซต์ของแอคโค่ ที่เผยราคาพลังงานแสงอาทิตย์ต่อหน่วยอยู่ที่ 6.5 – 8 บาทต่อหน่วย
อย่างไรก็ตาม ข้อเสียหลักของระบบการผลิตไฟฟ้าจากคลื่นทะเลคือ มีราคาสูงมากหากเทียบจากการติดตั้งในต่างประเทศ และการสร้างโรงไฟฟ้าชนิดอื่น ๆ ประกอบกับการซ่อมบำรุง ทั้งยังไม่นับความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นตามธรรมชาติ รวมไปถึงการยอมรับจากผู้อยู่อาศัยใกล้ชายฝั่ง ซึ่งหากมีการสร้างฟาร์มผลิตไฟฟ้าจากคลื่นทะเล ก็หมายความว่า จะต้องมีการสร้างโรงรับไฟฟ้าบริเวณชายฝั่ง ซึ่งจะต้องมีการพูดคุยและเจรจา ทำความเข้าใจกับผู้อยู่อาศัย หรือผู้ที่ใช้ชีวิตทำมาหากินอยู่ในบริเวณนั้น ๆ
บทสรุป
ในไม่ช้าพลังงานคลื่นน่าจะเป็นอีกหนึ่งทางเลือกที่ปฏิเสธได้ยาก เนื่องจากพลังงานนี้ยังเป็นพลังงานที่วางใจได้ ไม่เหมือนกับพลังงานลมที่ขึ้นอยู่กับลมเป็นหลัก หากลมน้อยก็สามารถผลิตได้น้อย พลังงานแสงอาทิตย์ซึ่งแน่นอนว่าในเวลากลางคืนไม่สามารถผลิตได้ แต่พลังงานคลื่นที่ยึดเอาหลักการพัดของคลื่นเป็นเกณฑ์ซึ่งมีอยู่ตลอด 24 ชั่วโมง ก็หมายความว่าจะสามารถผลิตไฟฟ้าได้ตลอดเวลานั้นเอง และใช่ว่าจะเป็นไม่ได้สำหรับประเทศไทย ปัจจุบันนี้ประเทศอิสราเอล ซึ่งอยู่ในภูมิประเทศที่ลมทะเลไม่แรงเท่าประเทศสหรัฐอเมริกาหรือประเทศออสเตรเลีย ก็นำแผนการสร้างไฟฟ้าจากคลื่นไปศึกษาแล้ว โดยสุดท้ายอยู่ที่ว่าภาครัฐจะสนใจพลังงานทางเลือกนี้อย่างไรบ้าง
อ้างอิง
Bureau of Ocean Energy Management. (n.d.). Renewable Energy on the Outer Continental Shelf. From https://www.boem.gov/renewable-energy/renewable-energy-program-overview
Clément; et al. (2002). Wave energy in Europe: current status and perspectives. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 5, 405 – 431.
Dozier, Matt. (2015). Department of Energy: Capturing the Motion of the Ocean: Wave Energy Explained. From https://www.energy.gov/articles/capturing-motion-ocean-wave-energy-explained
Egco Group. (ม.ป.ป.). เรื่องเล่าในรั้วโซล่าร์ฟาร์ม. จาก http://www2.egco.com/th/energy_knowledge_solar9.asp
Environnet. (2559). พลังงานคลื่น (นวัตกรรมการจัดหาพลังงาน). จาก environnet.in.th: http://www.environnet.in.th/archives/1445
Kelly J. Kimball. (2003). Embedded Shoreline Devices and Uses as Power Generation Sources. From https://web.archive.org/web/20060523114110/http://classes.engr.oregonstate.edu/eecs/fall2003/ece441/groups/g12/White_Papers/Kelly.htm
Kester Gunn, and Clym Stock-Williams. (2012). Quantifying the global wave power resource. Renewable Energy: An International Journal, 44, 296-304.
OpenEI. (2015). Wave Energy. From https://openei.org/wiki/Wave_Energy
Wave Energy Market. (2020). Wave Energy Market by Technology (OSW, OBC, & Overtopping Converters), Location (Onshore, Nearshore, Offshore), Application (Desalination, Power Generation, and Environmental Protection), and Region – Global Forecast to 2025. From https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/wave-energy-market-217091216.html
Wave Energy Technology Brief 4. (2014). Wave Energy Technology Brief – IRENA. From https://www.irena.org/documentdownloads/publications/wave-energy_v4_web.pdf
กองสื่อสารภายนอก ฝ่ายสื่อสารและประชาสัมพันธ์องค์การ กฟผ. (2563). กำลังผลิต กฟผ. จาก https://www.egat.co.th/index.php?option=com_content&view=article&id=452&Itemid=116
การไฟฟ้านครหลวง. (2561). เกี่ยวกับค่าไฟฟ้า. จาก https://www.mea.or.th/upload/download/file_0cbe47e5f271ef298469220a52ae00d8.pdf
ฐานเศรษฐกิจ. (2563). ไฟฟ้าต้นทุนตํ่า ทำโลกให้สวยได้. จาก https://www.thansettakij.com/content/Macro_econ/420779
วีทิต วรรณเลิศลักษณ์. (2560). พลังงานจากทะเล. จาก https://www.scimath.org/lesson-physics/item/7272-2017-06-13-14-27-25
สายชล ศรีแป้น. (2562). พลังงานคลื่นทะเลอาจเป็นพลังงานทดแทนชนิดใหม่ในอนาคตได้. จาก http://www.thaiphysoc.org/article/148