การประเมินศักยภาพระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์บนทุ่นลอยน้ำในอ่างเก็บน้ำที่ผลิตไฟฟ้าพลังน้ำของการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.)

Abstract

แนวทางการแก้ไขปัญหาวิกฤตพลังงานในปัจจุบันมุ่งเน้นไปที่การส่งเสริมพลังงานทางเลือก รวมถึงพลังงานแสงอาทิตย์ ตามแผนพัฒนากำลังผลิตไฟฟ้าของประเทศไทย พ.ศ. 2561-2580 ฉบับปรับปรุงครั้งที่ 1 ระบุนโยบายส่งเสริมผลิตไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียน โดยกำหนดให้มีการใช้เซลล์แสงอาทิตย์บนทุ่นลอยน้ำในเขื่อนผลิตกระแสไฟฟ้าของการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.)ทั้งหมด 2,725 เมกะวัตต์ วัตถุประสงค์ของงานวิจัยนี้คือการศึกษาศักยภาพของระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์บนทุ่นลอยน้ำในอ่างเก็บน้ำที่ผลิตไฟฟ้าของการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.) โดยแบ่งการศึกษาเป็น 2 ส่วน ส่วนที่ 1 เป็นการศึกษาและเปรียบเทียบศักยภาพในจากการใช้ระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์บนทุ่นลอยน้ำเต็มพื้นที่อ่างเก็บน้ำที่ผลิตไฟฟ้าพลังน้ำแต่ละแห่งในประเทศไทย อันได้แก่ เขื่อนสิรินธร เขื่อนภูมิพล เขื่อนสิริกิติ์ เขื่อนศรีนครินทร์ เขื่อนท่าทุ่งนา เขื่อนวชิราลงกรณ์ เขื่อนอุบลรัตน์ เขื่อนน้ำพุง เขื่อนห้วยกุ่ม เขื่อนจุฬาภรณ์ เขื่อนรัชชประภา และเขื่อนบางลาง โดยมีเงื่อนไขการพิจารณาคือเซลล์แสงอาทิตย์บนทุ่นลอยน้ำที่ติดตั้งเต็มพื้นที่ต้องไม่ส่งผลกระทบต่อการทำงานของโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำที่มีอยู่เดิม และพิจารณาศักยภาพ 4 หัวข้อ ได้แก่ ปริมาณไฟฟ้าที่ผลิตได้ต่อปี ซึ่งคำนวณด้วยวิธีของ Perez 1990 ปริมาณการลดการระเหยของน้ำ ซึ่งคำนวณด้วยวิธีของ Shuttleworth 1993 ความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ และปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ลดลงจากการผลิตไฟฟ้าด้วยเซลล์แสงอาทิตย์บนทุ่นลอยน้ำแทนการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล ผลการศึกษาพบว่า เมื่อติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์บนทุ่นลอยน้ำในเขื่อนศรีนครินทร์จะผลิตไฟฟ้าและลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้สูงที่สุด เมื่อติดตั้งในเขื่อนอุบลราชธานีจะลดการระเหยน้ำได้มากที่สุด และเมื่อติดตั้งในเขื่อนสิริกิติ์จะถึงจุดคุ้มทุนเร็วที่สุด ส่วนที่ 2 ที่ทำการศึกษา เป็นการศึกษาศักยภาพในการใช้ระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์บนทุ่นลอยน้ำร่วมกับการผลิตไฟฟ้าจากพลังน้ำของเขื่อนเพื่อผลิตไฟฟ้าคงที่ตลอดเวลา โดยการศึกษาในส่วนนี้ ใช้ข้อมูลจริงของเขื่อนศรีนครินทร์ใน พ.ศ. 2560-2564 เป็นตัวอย่างในการทำแบบจำลองเพื่อแสดงศักยภาพในการใช้ระบบผลิตไฟฟ้าผสมเพื่อให้ได้กำลังไฟฟ้ารวมคงที่สูงสุดที่เป็นไปได้ของแต่ละขนาดการติดตั้งของเซลล์แสงอาทิตย์บนทุ่นลอยน้ำในเขื่อนศรีนครินทร์ ผลลัพธ์ของการจำลองแสดงให้เห็นว่าระบบผสมสามารถผลิตกำลังไฟฟ้ารวมคงที่ได้ระหว่าง 137.14 ถึง 246.76 เมกะวัตต์ และมีรูปแบบการเดินเครื่องได้ 3 รูปแบบ คือ รูปแบบการเดินเครื่องผลิตไฟฟ้าพลังน้ำเพียงอย่างเดียวคงที่ตลอดเวลา สำหรับกรณีที่ไม่มีการติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์บนทุ่นลอยน้ำ รูปแบบการเดินเครื่องผลิตไฟฟ้าผสมแบบไม่มีการสูบน้ำกลับ ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อมีการติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์บนทุ่นลอยน้ำไม่เกิน 0.3391% ของพื้นที่ที่ติดตั้งได้ หรือ 170.4 เมกะวัตต์ และรูปแบบการเดินเครื่องผลิตไฟฟ้าผสมแบบมีการสูบน้ำกลับ ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อมีการติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์บนทุ่นลอยน้ำระหว่าง 0.3391% ถึง 1.20% ของพื้นที่ที่ติดตั้งได้ หรือระหว่าง 170.4 ถึง 603.03 เมกะวัตต์ หากมีการติดตั้งเซลล์แสงอาทิตย์บนทุ่นลอยน้ำเกินกว่านี้จะไม่สามารถผลิตไฟฟ้ารวมแบบคงที่ได้ เนื่องจากข้อจำกัดของกำลังการสูบน้ำกลับของเครื่องผลิตไฟฟ้าที่ติดตั้งที่เขื่อนศรีนครินทร์ ข้อดีของรูปแบบการเดินเครื่องที่มีการสูบน้ำกลับร่วมด้วย คือสามารถมีช่วงกำลังการผลิตไฟฟ้าที่กว้าง แต่เนื่องจากการสูบน้ำกลับมีประสิทธิภาพทางไฟฟ้าน้อยกว่าการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำ จะทำให้มีการสูญเสียพลังงานจากการสูบน้ำกลับไปบางส่วน แต่การลดลงนี้มีผลน้อยมากเมื่อนำมาประเมินความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์