เนื้อหา

เทคโนโลยีพลังงานความร้อนใต้พิภพในประเทศไทย (Geothermal Energy Technology in Thailand)

         พลังงานความร้อนใต้พิภพ (Geothermal energy) หรือที่รู้จักกันในรูปแบบของน้ำพุร้อน (Hot spring) เป็นแหล่งพลังงานทดแทนประเภทหนึ่ง สามารถทดแทนพลังงานเชิงพาณิชย์ เช่น ไฟฟ้าและน้ำมันได้อย่างมีประสิทธิภาพ รวมทั้งสามารถพัฒนาขึ้นมาใช้ประโยชน์ได้หลายรูปแบบ ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของน้ำพุร้อนเป็นสำคัญ การนำน้ำพุร้อนมาใช้ประโยชน์อย่างมีประสิทธิผลสูงสุด คือ การใช้ประโยชน์จากพลังงานความร้อนใต้พิภพแบบขั้นบันได [นัฐพร, 2562] โดยนำน้ำพุร้อนไปใช้งานในระบบที่ต้องการอุณหภูมิสูงก่อน เมื่อน้ำพุร้อนผ่านการใช้งานแล้วจะมีอุณหภูมิลดลง จากนั้นจึงนำน้ำพุร้อนไปใช้งานในระบบต่อไป เป็นลักษณะขั้นบันไดดังแสดงในรูปที่ 1

 

รูปที่ 1 การใช้ประโยชน์น้ำพุร้อนแบบขั้นบันได

         การมีแหล่งน้ำพุร้อนเป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติที่บ่งบอกถึงการมีแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพของพื้นที่ ที่มีโอกาสจะพัฒนาขึ้นมาใช้ประโยชน์ได้หลายรูปแบบ ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของน้ำร้อนที่จะนำขึ้นมาใช้เป็นสำคัญ ประเทศไทยมีแหล่งน้ำพุร้อนจำนวนทั้งหมดประมาณ 97 แหล่ง ดังแสดงในรูปที่ 2 [ฟองสวาท และคณะ, 2551] แม้จะมีแหล่งน้ำพุร้อนกระจายอยู่ทุกภูมิภาคของประเทศก็ตาม แต่มิได้มีการศึกษาและพัฒนาขึ้นมาใช้ประโยชน์อย่างจริงจัง 

          

รูปที่ 2 แผนที่แหล่งน้ำพุร้อนในประเทศไทย [ฟองสวาท และคณะ, 2551]

สำหรับการใช้ประโยชน์จากพลังงานความร้อนใต้พิภพในด้านพลังงานสำหรับประเทศไทยนั้น พบว่า การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (2531) ได้ทำการศึกษาและติดตั้งโรงไฟฟ้าที่ใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพเป็นแห่งแรกในประเทศไทยและเป็นแห่งแรกในภูมิภาคเอเชีย ณ แหล่งน้ำพุร้อน อำเภอฝาง จังหวัดเชียงใหม่ โดยนำน้ำพุร้อนอุณหภูมิสูงกว่า 90 °C ที่อัตราการไหลตามธรรมชาติประมาณ 22.4 L/s จากบ่อเจาะสำรวจลึกประมาณ 100 m มาป้อนให้แก่ระบบ 2 วงจร (Binary cycle) ขนาดกำลังผลิต 300 kWe และสามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าได้ปีละประมาณ 1,200,000 kWh ดังแสดงในรูปที่ 3

 

รูปที่ 3 โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพฝาง จังหวัดเชียงใหม่

         มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ (2548) ได้ทำการศึกษาเพื่อพัฒนาแหล่งน้ำพุร้อนบ้านโป่งน้ำร้อน อำเภอแม่จัน จังหวัดเชียงราย ไปใช้ในห้องอบแห้งและห้องเย็นสำหรับผลิตผลทางการเกษตร และมุ่งเน้นการหาตำแหน่งเจาะให้ได้มาซึ่งน้ำร้อน โดยการศึกษาเริ่มจากการรวบรวมและวิเคราะห์สภาพทางธรณีวิทยาของแหล่งน้ำร้อน ซึ่งเชื่อมโยงความสัมพันธ์ของตำแหน่งแหล่งน้ำพุร้อนกับโครงสร้างรอยเลื่อนระดับภูมิภาค ตรวจสอบกลไกการเคลื่อนที่ของรอยเลื่อนด้วยการศึกษาระบบของรอยแตกที่เห็นได้ในบริเวณแหล่งน้ำพุร้อนและพื้นที่ข้างเคียง ผลจากการศึกษาและวิเคราะห์ระบบรอยแตก บ่งบอกว่า แหล่งกักเก็บน้ำร้อนของน้ำพุร้อนแม่จันมีโอกาสเป็น Damage zone ของรอยเลื่อนที่มีการเคลื่อนที่ทางราบคงระดับ ทั้งนี้โดยกำหนดหลุมเจาะบริเวณที่เป็น Damage zone ระหว่างปลายรอยเลื่อนที่มีการเคลื่อนที่ทางราบคงระดับ 2 แนว ที่วางตัวเหลื่อมต่อกัน (En echelon) รวมทั้งทำการสำรวจหาระดับความลึกที่น้ำถูกกักเก็บเอาไว้ ด้วยวิธีการสำรวจความต้านทานไฟฟ้าจำเพาะ (Resistivity survey) ผลจากการเจาะได้น้ำร้อนและพุเป็นน้ำพุร้อนที่ระดับความลึก 56 m มีอุณหภูมิปากหลุมประมาณ 94 °C และมีอัตราการพุของน้ำร้อน 20 m3/h น้ำพุร้อนที่ได้นำไปใช้ในการอบแห้งผลิตผลทางการเกษตร ด้วยห้องอบแห้งแบบรวมศูนย์ (Centralized drying room) ขนาดความจุ 3,000 kg ที่อุณหภูมิสูงสุดประมาณ 93 °C และห้องเย็นระบบทำความเย็นแบบดูดกลืน (Absorption system) ขนาดความสามารถการทำความเย็น 2 TR (Ton of refrigeration)  ที่อุณหภูมิต่ำสุดประมาณ -2 °C ดังแสดงในรูปที่ 4

 

รูปที่ 4 ห้องอบแห้งและห้องเย็นพลังงานความร้อนใต้พิภพจากแหล่งน้ำพุร้อนบ้านโป่งน้ำร้อน ตำบลป่าตึง อำเภอแม่จัน จังหวัดเชียงราย [มหาวิทยาลัยเชียงใหม่, 2548]

 มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ (2549) ได้ดำเนินการประเมินศักยภาพแหล่งน้ำพุร้อนในประเทศไทย ซึ่งได้สำรวจและเก็บตัวอย่างน้ำพุร้อนจากแหล่งต่าง ๆ ทั่วประเทศไทย แล้วทำการประเมินศักยภาพโดยพิจารณาจากปัจจัยหลัก 3 ประการตามลำดับความสำคัญ อันประกอบด้วย ข้อมูลทางกายภาพ ได้แก่ อุณหภูมิ ความลึกของแหล่งกักเก็บอุณหภูมิของน้ำร้อนที่ผิวดิน และปริมาณการไหลของน้ำ เป็นต้น ข้อมูลสภาพสังคมเศรษฐกิจ ได้แก่ ข้อมูลด้านการคมนาคม และจำนวนประชากร เป็นต้น รวมทั้งข้อมูลด้านการเกษตร จากนั้นทำการจัดลำดับความสำคัญจากการประเมินศักยภาพในการพัฒนามาใช้ประโยชน์ แบ่งออกเป็น 3 กลุ่ม ได้แก่ ศักยภาพสูง ศักยภาพปานกลาง และศักยภาพต่ำ โดยพบว่ามีน้ำพุร้อนศักยภาพต่ำจำนวนมากถึง 52 แหล่ง จากจำนวนที่ทำการศึกษาทั้งหมด 97 แหล่ง รวมทั้งได้ทำการศึกษาเทคโนโลยีการเพิ่มศักยภาพการใช้ประโยชน์จากแหล่งน้ำพุร้อนอุณหภูมิต่ำ ด้วยเทคโนโลยีปั๊มความร้อนแบบอัดไอดังแสดงในรูปที่ 5 การศึกษาแนวทางการประยุกต์น้ำพุร้อนอุณหภูมิต่ำในการผลิตไฟฟ้าด้วยวัฏจักรแรงคินสารอินทรีย์ (Organic Rankine cycle, ORC) ดังแสดงในรูปที่ 6

รูปที่ 5 ชุดสาธิตเทคโนโลยีห้องอบระบบปั๊มความร้อนแบบอัดไอสำหรับน้ำพุร้อนอุณหภูมิต่ำ [มหาวิทยาลัยเชียงใหม่, 2549]

 

รูปที่ 6 ชุดสาธิตเทคโนโลยีการผลิตพลังงานไฟฟ้าด้วยวัฏจักรแรงคินสารอินทรีย์สำหรับน้ำพุร้อนอุณหภูมิต่ำ [มหาวิทยาลัยเชียงใหม่, 2549]

         ฟองสวาท และคณะ (2551) นัฐพร และชัชวาลย์ (2552) ได้ศึกษาการนำน้ำพุร้อนจากแหล่งที่มีศักยภาพต่ำมาใช้ในการอบแห้งผลิตผลทางการเกษตร โดยได้คัดเลือกแหล่งน้ำพุร้อนบ้านห้วยหมากเหลี่ยม ตำบลดอยฮาง อำเภอเมือง จังหวัดเชียงราย และได้ทำการขุดหลุมเจาะลึก 85 m โดยพบน้ำร้อนที่ความลึกตั้งแต่ 19 m ลงไป และนำน้ำพุร้อนดังกล่าวมาป้อนให้แก่ระบบปั๊มความร้อนแบบอัดไอ (Vapor compression heat pump system) ผลิตลมร้อนในการอบแห้งของห้องขนาด 3.3 m x 4.8 m x 3.2 m ขนาดความจุประมาณ 3 Ton (3,000 kg) ดังแสดงในรูปที่ 7 ทั้งนี้ห้องอบแห้งระบบปั๊มความร้อนแบบอัดไอสามารถอบแห้งผลิตผลทางการเกษตรได้ที่อุณหภูมิสูงสุด 80 °C

        

รูปที่ 7 ห้องอบแห้งระบบปั๊มความร้อนแบบอัดไอพลังงานความร้อนใต้พิภพจากแหล่งน้ำพุร้อนบ้านห้วยหมากเหลี่ยม ตำบลดอยฮาง อำเภอเมือง จังหวัดเชียงราย [นัฐพร และชัชวาลย์, 2552]

         ฟองสวาท และคณะ (2552) และ Nattaporn el al. (2014) ได้ศึกษาการนำน้ำพุร้อนอุณหภูมิต่ำ มาใช้ในการอบแห้งผลิตผลทางการเกษตรโดยใช้ระบบปั๊มความร้อนแบบอัดไอ 2 ชั้น (2-stage vapor compression heat pump system) และได้คัดเลือกขุดหลุมเจาะใกล้แหล่งน้ำพุร้อนโป่งลำปาง ตำบลแม่สิน อำเภอศรีสัชนาลัย จังหวัดสุโขทัย เพื่อใช้อบแห้งในห้องขนาด 2.4 m x 4.8 m x 2.3 m ขนาดความจุประมาณ 2 Ton (2,000 kg) ดังแสดงในรูปที่ 8 ทั้งนี้ห้องอบแห้งสามารถผลิตลมร้อนที่อุณหภูมิสูงสุด 85 °C

 

รูปที่ 8 ห้องอบแห้งระบบปั๊มความร้อนแบบอัดไอพลังงานความร้อนใต้พิภพจากแหล่งน้ำพุร้อนโป่งลำปาง ตำบลแม่สิน อำเภอศรีสัชนาลัย จังหวัดสุโขทัย [ฟองสวาท และคณะ, 2552]

         นัฐพร และคณะ (2560) นำน้ำพุร้อนที่มีอุณหภูมิ 105 °C จากหลุมเจาะน้ำพุร้อนลึก 283 m ภายในกิจการน้ำพุร้อนสันกำแพง อำเภอแม่ออน ตามพระราชดำริ จังหวัดเชียงใหม่ มาใช้ในการผลิตไฟฟ้าด้วยวัฏจักรแรงคินสารอินทรีย์ขนาด 10 kWe และทำความเย็นด้วยระบบทำความเย็นแบบดูดกลืนขนาด 5 TR รวมทั้งใช้ประโยชน์ด้านความร้อนในการอบแห้งจากห้องอบแห้งแบบรวมศูนย์ขนาด 20 kW ซึ่งมีการต่อร่วมของระบบทั้ง 3 ดังกล่าวแบบขั้นบันได ดังแสดงในรูปที่ 9 และรูปที่ 10

 

รูปที่ 9 ศูนย์การเรียนรู้เทคโนโลยีพลังงานความร้อนใต้พิภพ กิจการน้ำพุร้อนสันกำแพง อำเภอแม่ออน ตามพระราชดำริ จังหวัดเชียงใหม่ (ด้านหน้า) [นัฐพร, 2562]

 

รูปที่ 10 ศูนย์การเรียนรู้เทคโนโลยีพลังงานความร้อนใต้พิภพ กิจการน้ำพุร้อนสันกำแพง อำเภอแม่ออน ตามพระราชดำริ จังหวัดเชียงใหม่ (ด้านข้าง) [นัฐพร, 2562]

 ในปี พ.ศ. 2562 กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน กระทรวงพลังงาน ได้ทำศึกษาเพิ่มเติมโดยทำการสำรวจและประเมินศักยภาพการผลิตไฟฟ้าของแหล่งน้ำพุร้อนฝาง จังหวัดเชียงใหม่ โดยผลการศึกษา พบว่า หากทำการขุดเจาะหลุมน้ำพุร้อนเพิ่มเติมจำนวน 3 หลุม ในบริเวณพื้นที่หลุมเจาะน้ำพุร้อนเดิม จะสามารถนำน้ำพุร้อนอุณหภูมิประมาณ 120 °C ที่อัตราการไหลประมาณ 56 L/s มาใช้ในการผลิตไฟฟ้าร่วมกับระบบผลิตไฟฟ้าเดิม โดยใช้ระบบผลิตไฟฟ้าวัฏจักรแรงคินสารอินทรีย์ขนาด 300 kWe จำนวน 2 Unit 

               นอกจากนี้ในปี พ.ศ. 2562 กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน กระทรวงพลังงาน ยังได้ทำการสำรวจและขุดเจาะหลุมน้ำพุร้อนเพิ่มเติมจำนวน 6 หลุม ของแหล่งน้ำพุร้อนแม่จัน จังหวัดเชียงราย เพื่อนำมาใช้ในการผลิตไฟฟ้า โดยคาดว่าน้ำพุร้อนที่ได้จะมีอุณหภูมิสูงกว่า 115 °C ที่อัตราการไหลมากกว่า 50 L/s ซึ่งน้ำพุร้อนดังกล่าวจะถูกนำมาป้อนให้แก่ระบบผลิตไฟฟ้าวัฏจักรแรงคินสารอินทรีย์ขนาด 200 kWe จำนวน 3 Unit และใช้น้ำจากลำธารธรรมชาติ (น้ำแม่จัน) ร่วมกับหอผึ่งความร้อนในกระบวนการระบายความร้อน

 

กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน กระทรวงพลังงาน. รายงานฉบับสมบูรณ์ โครงการสำรวจเพื่อเพิ่มศักยภาพการผลิตไฟฟ้า ของแหล่งน้ำพุร้อนฝาง จังหวัดเชียงใหม่, 2562.

กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน กระทรวงพลังงาน. รายงานฉบับสมบูรณ์ โครงการประเมินศักยภาพเชิงลึกพลังงานความร้อนใต้พิภพจากแหล่งน้ำพุร้อนแม่จัน จังหวัดเชียงราย, 2562.

การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย. โครงการเอนกประสงค์พลังงานความร้อนใต้พิภพ อำเภอฝาง จังหวัดเชียงใหม่, 2531.

นัฐพร ไชยญาติ. เทคโนโลยีพลังงานทดแทนด้านความร้อน (Thermal Renewable Energy Technology), วิทยาลัยพลังงานทดแทน, มหาวิทยาลัยแม่โจ้, สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยแม่โจ้, พิมพ์ครั้งที่ 4, 752 หน้า, เมษายน 2562.

นัฐพร ไชยญาติ และชัชวาลย์ ชัยชนะ. ห้องอบแห้งพลังงานความร้อนใต้พิภพ (Drying Room from Geothermal Energy), บทความวิจัยใน Proceedings สืบเนื่องจากการประชุมวิชาการการถ่ายเทพลังงานความร้อนและมวลในอุปกรณ์ด้านความร้อนครั้งที่ 8, เชียงราย, ประเทศไทย, 12-13 มีนาคม 2552.

นัฐพร ไชยญาติ, ชวโรจน์ ใจสิน, วรรษมล เลิศจตุรานนท์ และอัญชลี สายเขียว. โครงการ การผลิตไฟฟ้าร่วมกับการทำความเย็นและความร้อนแบบขั้นบันไดจากพลังงานความร้อนใต้พิภพในประเทศไทย, 2560.

ฟองสวาท สุวคนธ์ สิงหราชวราพันธ์, ชัชวาล ชัยชนะ, สราวุธ จันทรประเสริฐ, ศตวรรษ แสนทน, อมรินทร์ บุญตัน, นัฐพร ไชยญาติ, เอกจำเริญ จันทร์ดี, บุญญสิทธิ์ คิ้วดวงตา, ปิยนุช โพธิเกิด และศุภรัตน์ ศรีล. รายงานฉบับสมบูรณ์ งานพัฒนาแหล่งน้ำพุร้อนกลุ่มที่มีศักยภาพต่ำโดยใช้เทคโนโลยีการเพิ่มประสิทธิภาพ เพื่อทำห้องอบแห้งสำหรับพืชผลทางการเกษตร, มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ เสนอต่อ กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน, 2551.

ฟองสวาท สุวคนธ์ สิงหราชวราพันธ์, สราวุธ จันทรประเสริฐ, วีระพันธ์ ศรีจันทร์, ศตวรรษ แสนทน, สัมพันธ์ สิงหราชวราพันธ์, วงษ์เทพ ตั้งศิริกุล, ชัชวาล ชัยชนะ, พิเชษฐ์ แก้วสมวาง, บุญญสิทธิ์ คิ้วดวงตา, อมรินทร์ บุญตัน, นัฐพร ไชยญาติ, ปิยนุช โพธิเกิด, ศุภรัตน์ ศรีล และดรุณี คุณยศยิ่ง. รายงานฉบับสมบูรณ์ โครงการศึกษาเพื่อการอนุรักษ์และพัฒนาแหล่งน้ำพุร้อนเพื่อการใช้ประโยชน์อเนกประสงค์สำนักอนุรักษ์และฟื้นฟูทรัพยากรน้ำบาดาล, มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ เสนอต่อ สำนักอนุรักษ์และฟื้นฟูทรัพยากรน้ำบาดาล กรมทรัพยากรน้ำบาดาล, 2552.

มหาวิทยาลัยเชียงใหม่. รายงานฉบับสมบูรณ์ โครงการพัฒนาแหล่งน้ำพุร้อนแม่จัน จังหวัดเชียงราย, เสนอต่อ กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน, 2548.

มหาวิทยาลัยเชียงใหม่. รายงานฉบับสมบูรณ์ โครงการประเมินติดตามโครงการพัฒนาแหล่งน้ำพุร้อนแม่จัน จังหวัดเชียงราย, เสนอต่อ กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน, 2549.

มหาวิทยาลัยเชียงใหม่. รายงานฉบับสมบูรณ์ โครงการศึกษาเพื่อประเมินศักยภาพแหล่งน้ำพุร้อนในประเทศไทย, เสนอต่อ กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน, 2549.

Nattaporn Chaiyat, Chatchawan Chaychana and Fongsaward S Singharajwarapan. Geothermal Energy Potentials and Technologies in Thailand, Journal of Fundamentals of Renewable Energy and Applications, Vol.4, Issue.2 (139), 2014.