การหวนคืนของเทคโนโลยี CSP และยุทธศาสตร์ความมั่นคงทางพลังงานยุคใหม่ของจีน /โดย ดร.Force

               ในทศวรรษที่ผ่านมา เทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์แบบรวมแสง (Concentrated Solar Power: CSP) เคยถูกมองว่าเป็น “ผู้แพ้” ในสมรภูมิพลังงานหมุนเวียน เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีโซลาร์เซลล์สารกึ่งตัวนำ (Photovoltaics: PV) เนื่องจากโซลาร์เซลล์แบบทั่วไปมีข้อได้เปรียบด้านการลดลงของต้นทุนอย่างก้าวกระโดด (Learning Curve) โครงสร้างที่ไม่ซับซ้อน และการติดตั้งที่รวดเร็ว อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดพื้นฐานของ Solar PV คือ ความไม่ต่อเนื่องในการผลิต (Intermittency) และการพึ่งพา แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ซึ่งมีต้นทุนสูงหากต้องกักเก็บพลังงานในระดับมหภาค (Grid-scale storage)

               การที่รัฐบาลจีนประกาศแผนยุทธศาสตร์ (ช่วงปลายปี 2025) ในการขยายกำลังการผลิต CSP จาก 838.2 เมกะวัตต์ (MW) ในปี 2024 สู่ 15,000 เมกะวัตต์ (15 GW) ภายในปี 2030 หรือเติบโตขึ้นเกือบ 18 เท่า สะท้อนให้เห็นถึงการเปลี่ยนผ่านมุมมองทางวิศวกรรมพลังงาน โดยมองว่า CSP ไม่ใช่คู่แข่งของ Solar PV แต่เป็น “โครงสร้างพื้นฐานเพื่อสร้างเสถียรภาพ (Baseload Generation)” ให้แก่ระบบสายส่งพลังงานสะอาด

               1. หลักการและทฤษฎีทางวิศวกรรมของรูปแบบ CSP ระบบ CSP อาศัยหลักการทางทัศนศาสตร์ (Optics) และอุณหพลศาสตร์ (Thermodynamics) ในการแปลงพลังงานรังสีอาทิตย์ (Direct Normal Irradiation: DNI) ให้เป็นพลังงานความร้อนที่อุณหภูมิสูง ก่อนจะนำความร้อนนั้นไปขับเคลื่อนวัฏจักรต้นกำลังด้วยไอน้ำ (Steam Rankine Cycle) เพื่อหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (Generator) เช่นเดียวกับโรงไฟฟ้าความร้อนทั่วไป ในโครงการเก๋อเอ่อมู่ มณฑลชิงไห่ มีการผสานเทคโนโลยีหลัก 2 รูปแบบเข้าด้วยกันเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุด

                       1.1 ระบบหอคอยรับแสง (Solar Power Tower / Central Receiver): ใช้กระจกเงาราบที่หมุนตามดวงอาทิตย์แบบสองแกน (Heliostats) จำนวนมหาศาล ทำหน้าที่สะท้อนและรวมแสงอาทิตย์ไปตกที่ตัวรับความร้อน (Receiver) ซึ่งตั้งอยู่บนยอดหอคอยสูง ระบบนี้สามารถสร้างอัตราส่วนการรวมแสง (Concentration Ratio) ได้สูงถึง 500 ถึง 1,000 เท่า ทำให้เกิดอุณหภูมิสูงกว่า 560°C ถึง 1,000°C นำไปสู่ประสิทธิภาพทางอุณหพลศาสตร์ที่สูงขึ้น

                       1.2 ระบบรางพาราโบลา (Parabolic Trough): ใช้กระจกโค้งรูปทรงพาราโบลาแถวยาว สะท้อนแสงอาทิตย์เข้าสู่ท่อรับความร้อน (Absorber Tube) ที่วิ่งผ่านจุดโฟกัสของราง ระบบนี้มีความซับซ้อนน้อยกว่าแต่ให้ช่วงอุณหภูมิที่ต่ำกว่าระบบหอคอย (ประมาณ 390°C) การผสมผสานสองระบบนี้บนพื้นที่กระจกกว่า 3.7 ล้านตารางเมตร ช่วยให้โรงไฟฟ้าสามารถบริหารจัดการความเข้มข้นของพลังงานความร้อนได้อย่างยืดหยุ่นตามช่วงเวลาและสภาพอากาศ

               2. ทฤษฎีและการทำงานของระบบกักเก็บพลังงานด้วยเกลือหลอมเหลว (Molten Salt Thermal Energy Storage: TES) หัวใจสำคัญที่ทำให้ CSP เหนือกว่า Solar PV คือ ความสามารถในการกักเก็บพลังงานในรูปของ “ความร้อน (Thermal Energy)” แทนที่จะเป็นเคมีไฟฟ้า โดยใช้สารตัวกลางคือ เกลือหลอมเหลว (Molten Salt) ซึ่งมักเป็นส่วนผสมของโซเดียมไนเตรต (NaNO_3) และโพแทสเซียมไนเตรต (KNO_3) หรือที่เรียกว่า Solar Salt

             【กลไกการทำงานของระบบเกลือหลอมเหลวแบ่งออกเป็น 2 ถังหลัก (Two-Tank Storage System)】

                       1) ถังเย็น (Cold Storage Tank): เกลือเหลวจะถูกเก็บไว้ที่อุณหภูมิประมาณ 290°C (ซึ่งสูงกว่าจุดเยือกแข็งของเกลือที่ประมาณ 220°C เพื่อป้องกันการแข็งตัวในท่อ)

                       2) กระบวนการชาร์จพลังงาน (Charging): ในช่วงที่มีแสงแดด เกลือเย็นจะถูกสูบขึ้นไปยังตัวรับความร้อน (Receiver) บนหอคอย แสงอาทิตย์ที่รวม ณ จุดนั้นจะถ่ายเทความร้อนให้เกลือจนมีอุณหภูมิสูงถึง 565°C

                      3) ถังร้อน (Hot Storage Tank): เกลือที่ร้อนจัดจะถูกนำมาเก็บไว้ในถังฉนวนความร้อนสูงที่มีการสูญเสียพลังงานต่ำมาก

                      4) กระบวนการจ่ายไฟฟ้า (Discharging): เมื่อไม่มีแสงแดดหรือในช่วงเวลากลางคืน เกลือร้อนจากถังร้อนจะถูกสูบผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (Steam Generator) เพื่อต้มน้ำให้กลายเป็นไอน้ำแรงดันสูง ไปขับกังหันไอน้ำ (Steam Turbine) ผลิตไฟฟ้า จากนั้นเกลือที่เย็นลงจะไหลกลับไปสู่ถังเย็นเพื่อรอรอบต่อไป

            【ข้อดีเชิงทฤษฎีและเศรษฐศาสตร์ของระบบ Molten Salt TES】

                     1) ความจุและระยะเวลากักเก็บสูง (High Capacity & Long Duration): โครงการที่ชิงไห่มีความจุสูงถึง 11,747 MWh กักเก็บพลังงานได้ยาวนานถึง 15 ชั่วโมง ซึ่งครอบคลุมช่วงเวลากลางคืนทั้งหมดจนถึงรุ่งเช้า (Firming Capacity)

                     2) อายุการใช้งานยาวนานและไม่เสื่อมสภาพ (No Degradation): ต่างจากแบตเตอรี่เคมีไฟฟ้า (เช่น Lithium-ion) ที่มีรอบการชาร์จจำกัดและเสื่อมสภาพตามเวลา เกลือหลอมเหลวสามารถผ่านกระบวนการรับและคายความร้อนได้นับหมื่นรอบโดยไม่สูญเสียคุณสมบัติทางเคมี มีอายุการใช้งานยาวนานกว่า 25-30 ปี

                     3) ต้นทุนต่อหน่วยพลังงานต่ำกว่า (Lower Levelized Cost of Storage): ในระดับกิกะวัตต์ชั่วโมง (GWh) การเพิ่มขนาดถังเกลือเหลวมีต้นทุนที่ต่ำกว่าการเพิ่มแผงแบตเตอรี่ลิเธียมอย่างมาก

               3. การวิเคราะห์แนวโน้มและการขยายตัวของเทคโนโลยี CSP ในระดับสากล ความเคลื่อนไหวของจีนในการลดต้นทุนการก่อสร้าง CSP ลงถึง 50% ภายใน 10 ปี (จาก 30,000 หยวน/kW เหลือ 15,000 หยวน/kW) เป็นจุดเปลี่ยนสำคัญที่กำลังขับเคลื่อนอุตสาหกรรมนี้ในระดับโลก

            【ปัจจัยเร่งทางยุทธศาสตร์】

                      1) การแก้ปัญหา Duck Curve และ Curtailment: จีนเผชิญปัญหา “ไฟฟ้าล้นระบบ” ในช่วงกลางวันจาก Solar PV และ “ไฟฟ้าขาดแคลน” ในช่วงค่ำ (เกิดกราฟรูปเป็ด หรือ Duck Curve) การนำ CSP เข้ามาเสริมในระบบสายส่ง จะทำหน้าที่เป็นตัวดูดซับแรงดันไฟฟ้าที่ผันผวน และจ่ายไฟทดแทนได้อย่างราบรื่นโดยไม่ต้องพึ่งพาโรงไฟฟ้าถ่านหิน

                      2) การพึ่งพาตนเองทางเทคโนโลยี (Technology Sovereignty): การที่จีนสามารถผลิตหอรับความร้อนขนาดใหญ่ 8.6 เมตร และระบบควบคุมได้เอง 100% เป็นการสร้างห่วงโซ่อุปทาน (Supply Chain) ใหม่ที่เบ็ดเสร็จภายในประเทศ ลดความเสี่ยงทางภูมิรัฐศาสตร์

                      3) ความต้องการพลังงานของโครงสร้างพื้นฐานยุค AI: ชิปประมวลผลขั้นสูง ดาต้าเซ็นเตอร์ (Data Centers) และอุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้า (EV) ต้องการพลังงานไฟฟ้าที่ “เขียวและเสถียรตลอด 24 ชั่วโมง” โซลาร์เซลล์ทั่วไปไม่สามารถตอบโจทย์ความเป็นศูนย์ทางคาร์บอน (Net Zero) ในช่วงกลางคืนได้ แต่ CSP ทำได้

            【แนวโน้มการขยายตัวในอนาคต】

                      1) การเปลี่ยนผ่านสู่ระบบผสมผสาน (Hybrid Renewable Energy Zones): ในอนาคต การสร้างโรงไฟฟ้าจะไม่ใช่แค่ CSP เดี่ยวๆ แต่จะเป็นการสร้าง Mega Project ที่รวมเอา Solar PV (ผลิตไฟฟ้าราคาถูกตอนกลางวัน), กังหันลม (Wind Power), และ CSP (ทำหน้าที่เป็นแบตเตอรี่ความร้อนและตัวจ่ายไฟฐานยามค่ำคืน) อยู่ในพื้นที่เดียวกัน ดังเช่นโมเดลในทะเลทรายและพื้นที่แห้งแล้งทางตะวันตกเฉียงเหนือของจีน

                      2) การประยุกต์ใช้ความร้อนในภาคอุตสาหกรรม (Industrial Process Heat): นอกเหนือจากการผลิตไฟฟ้า ความร้อนอุณหภูมิสูงจากเกลือหลอมเหลวในระบบ CSP กำลังถูกพัฒนาไปใช้โดยตรงในกระบวนการผลิตอุตสาหกรรมหนัก เช่น การผลิตไฮโดรเจนเขียว (Green Hydrogen), โรงงานเคมีภัณฑ์ และโรงงานปูนซีเมนต์ เพื่อลดการปล่อยคาร์บอน

             【บทสรุป】

                การที่จีนทุ่มงบประมาณและกำหนดนโยบายขยายกำลังการผลิต CSP เพิ่มขึ้นเกือบ 18 เท่าภายในปี 2030 ไม่ใช่ความพยายามในการฟื้นคืนชีพเทคโนโลยีที่ล้มเหลว แต่เป็นการมองการณ์ไกลเชิงระบบ (Systems Thinking) ที่เล็งเห็นว่า “ความเสถียรและความสามารถในการกักเก็บพลังงาน” คือสินทรัพย์ที่มีมูลค่าสูงสุดในยุคพลังงานหมุนเวียน

               ด้วยอานิสงส์ของการผลิตในปริมาณมาก (Economies of Scale) และการควบคุมห่วงโซ่อุปทานแบบร้อยเปอร์เซ็นต์ของจีน จะส่งผลให้เทคโนโลยี CSP มีต้นทุนที่เข้าถึงได้ง่ายขึ้นในระดับสากล และมีแนวโน้มที่จะกลายเป็นหนึ่งในเสาหลักสำคัญร่วมกับแบตเตอรี่ประเภทอื่นๆ ในการเปลี่ยนผ่านระบบพลังงานของโลกไปสู่ความยั่งยืนอย่างแท้จริง

ที่มา: น.อ.ดร.จิระวัฒน์ อภิภัทรชัยวงศ์ ผู้ลงข่าวโดย พิสิษฐ์ จิตอาสา

——————————————————————————————————————————–

• แชร์
• ทวีต
• ส่งไลน์