โรงไฟฟ้าถ่านหินผลิตไฟฟ้าอย่างไร

ทุกครั้งที่เรากดสวิตช์ไฟแล้วหลอดสว่างขึ้นทันที เบื้องหลังความสะดวกนั้นมีโรงไฟฟ้าขนาดมหึมาทำงานอยู่ตลอด 24 ชั่วโมง และหนึ่งในเชื้อเพลิงที่ขับเคลื่อนโลกมายาวนานกว่าสองศตวรรษก็คือ ถ่านหิน ก้อนหินสีดำที่ครั้งหนึ่งเคยเป็นต้นไม้และซากพืชเมื่อหลายร้อยล้านปีก่อน ถูกทับถมอัดแน่นใต้พื้นโลกจนกลายเป็นก้อนพลังงานเข้มข้น ลองนึกภาพว่าธรรมชาติใช้เวลานับล้านปี “ชาร์จแบตเตอรี่” ก้อนนี้ให้เรา แล้วเราเอามันมาปลดปล่อยพลังงานในเสี้ยววินาทีที่เตาเผา บทความนี้จะพาไปดูว่าโรงไฟฟ้าถ่านหินผลิตไฟฟ้าอย่างไรตั้งแต่ก้อนถ่านจนถึงปลั๊กบ้านเรา เจาะบริบทเมืองไทยอย่างโรงไฟฟ้าแม่เมาะ เทคโนโลยีถ่านหินสะอาด ไปจนถึงคำถามสำคัญที่ว่า แล้วธุรกิจของเราควรพึ่งไฟจากสายส่งอย่างเดียว หรือควรมีเครื่องปั่นไฟสำรองของตัวเองด้วย

ประวัติย่อของถ่านหิน จากเครื่องปั้นดินเผาสู่ยุคปฏิวัติอุตสาหกรรม

การนำถ่านหินมาใช้เป็นครั้งแรกเริ่มขึ้นเมื่อชาวอินเดียนอเมริกันซึ่งอาศัยในบริเวณรัฐแอริโซนาปัจจุบัน ใช้ถ่านหินเพื่ออบเครื่องปั้นดินเผาที่ทำจากดิน ต่อมาผู้ตั้งถิ่นฐานชาวยุโรปได้ค้นพบถ่านหินในอเมริกาเหนือช่วงกลางคริสต์ศักราช 1600 แม้ช่วงแรกจะใช้กันเพียงเล็กน้อยเพราะยุคนั้นยังนิยมพลังงานน้ำและถ่านไม้ แต่พอเข้าสู่ช่วงคริสต์ศักราช 1800 ถ่านหินก็กลายเป็นปัจจัยสำคัญของการปฏิวัติอุตสาหกรรม ผู้คนใช้ถ่านหินผลิตสินค้าและขับเคลื่อนเครื่องจักรกลไอน้ำ ส่งผลให้อเมริกากลายเป็นแหล่งพลังงานอันดับหนึ่งของโลกในยุคนั้น ก่อนที่น้ำมันจะเข้ามาแทนที่ในภายหลัง

จุดแข็งที่ทำให้ถ่านหินยังอยู่ในระบบพลังงานโลกจนวันนี้คือ ปริมาณสำรองที่มาก และราคาที่ค่อนข้างถูกและนิ่ง เมื่อเทียบกับน้ำมันและก๊าซธรรมชาติ ปริมาณสำรองถ่านหินทั่วโลกยังมีให้ใช้ได้อีกนานกว่าน้ำมันหลายเท่าตัว หลายประเทศจึงยังคงใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงฐาน (Base Load) ของระบบไฟฟ้า ควบคู่ไปกับการทยอยเพิ่มสัดส่วนพลังงานหมุนเวียน

ถ่านหินมีกี่ชนิด ต่างกันอย่างไร

ถ่านหินไม่ได้เหมือนกันทุกก้อน คุณภาพขึ้นกับอายุการทับถมและความดันที่กดทับมา ยิ่งแก่ตัวมาก คาร์บอนยิ่งเข้มข้น ค่าความร้อนยิ่งสูง เรียงจากอ่อนไปแก่ได้ดังนี้

พีต (Peat) — ขั้นเริ่มต้นของถ่านหิน ยังเห็นซากพืชชัด ความชื้นสูง ค่าความร้อนต่ำ
ลิกไนต์ (Lignite) — ถ่านหินอายุน้อย สีน้ำตาล ความชื้นสูง ค่าความร้อนต่ำ มักใช้ในโรงไฟฟ้าปากเหมืองเพราะไม่คุ้มค่าขนส่งไกล ถ่านหินที่แม่เมาะคือชนิดนี้
ซับบิทูมินัส (Sub-bituminous) — คุณภาพกลาง ใช้ผลิตไฟฟ้าและงานอุตสาหกรรม
บิทูมินัส (Bituminous) — ค่าความร้อนสูง ใช้ทั้งผลิตไฟฟ้าและถลุงเหล็ก เป็นชนิดที่ซื้อขายระหว่างประเทศมากที่สุด
แอนทราไซต์ (Anthracite) — แก่ตัวที่สุด คาร์บอนสูงสุด เผาไหม้สะอาดและให้ความร้อนสูง แต่หายากและแพง

โรงไฟฟ้าถ่านหินผลิตไฟฟ้าอย่างไร จากก้อนถ่านถึงปลั๊กบ้าน

หัวใจของโรงไฟฟ้าถ่านหินคือวัฏจักรไอน้ำ หรือที่วิศวกรเรียกว่า วัฏจักรแรงคิน (Rankine Cycle) ฟังดูหรู แต่หลักการเดียวกับกาต้มน้ำที่ฝาสั่นเมื่อน้ำเดือดนั่นเอง เพียงแต่ทำในสเกลยักษ์และควบคุมทุกขั้นตอนอย่างแม่นยำ ขั้นตอนหลักมีดังนี้

เตรียมเชื้อเพลิง — ถ่านหินจากเหมืองถูกลำเลียงเข้าเครื่องบดจนละเอียดเป็นผงคล้ายแป้ง เพื่อให้เผาไหม้ได้รวดเร็วและทั่วถึง
เผาไหม้ในหม้อไอน้ำ (Boiler) — ผงถ่านหินถูกพ่นเข้าห้องเผาไหม้พร้อมอากาศร้อน เกิดเปลวไฟอุณหภูมิสูงมาก ความร้อนถ่ายให้ท่อน้ำนับพันเส้นที่บุผนังหม้อไอน้ำ เปลี่ยนน้ำเป็นไอน้ำแรงดันและอุณหภูมิสูง
หมุนกังหันไอน้ำ (Steam Turbine) — ไอน้ำแรงดันสูงพุ่งเข้าปะทะใบพัดของกังหันไอน้ำหลายชุดต่อเนื่องกัน ทั้งชุดแรงดันสูง กลาง และต่ำ เพื่อรีดพลังงานจากไอน้ำออกมาให้มากที่สุด ใครอยากเจาะลึกเรื่องนี้ อ่านต่อได้ที่บทความชนิดของกังหันไอน้ำและการใช้งาน
ปั่นเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (Generator) — เพลาของกังหันต่อตรงกับโรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เมื่อหมุนด้วยความเร็วคงที่ สนามแม่เหล็กที่หมุนตามจะเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในขดลวด นี่คือหลักการเดียวกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหัน (Turbines)ทุกประเภท
ควบแน่นและวนกลับ — ไอน้ำที่หมดแรงถูกควบแน่นกลับเป็นน้ำในเครื่องควบแน่น (Condenser) โดยใช้น้ำหล่อเย็นหรือหอหล่อเย็น แล้วปั๊มกลับเข้าหม้อไอน้ำ วนรอบใหม่ไม่รู้จบ
ส่งขึ้นสายส่ง — ไฟฟ้าที่ผลิตได้ถูกแปลงแรงดันให้สูงขึ้นด้วยหม้อแปลง เพื่อลดการสูญเสียระหว่างการส่งทางไกล ก่อนลดแรงดันลงมาตามลำดับจนถึงบ้านและโรงงาน

บริบทเมืองไทย โรงไฟฟ้าแม่เมาะ จ.ลำปาง

พูดถึงไฟฟ้าถ่านหินในไทย ต้องพูดถึง โรงไฟฟ้าแม่เมาะ ของการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.) ที่อำเภอแม่เมาะ จังหวัดลำปาง ซึ่งเป็นโรงไฟฟ้าถ่านหินแห่งเดียวของ กฟผ. ในปัจจุบัน ใช้ถ่านหินลิกไนต์จากเหมืองแม่เมาะที่อยู่ติดกันเป็นเชื้อเพลิงแบบ “ปากเหมือง” คือขุดแล้วป้อนเข้าโรงไฟฟ้าได้เลยโดยไม่ต้องขนส่งไกล ข้อมูลจาก กฟผ. ระบุว่าปัจจุบันมีหน่วยผลิตที่เดินเครื่องคือหน่วยที่ 8–13 กำลังผลิตรวม 1,620 เมกะวัตต์ และหน่วยทดแทนเครื่องที่ 14 อีก 600 เมกะวัตต์ รวมกำลังผลิตตามสัญญาราว 2,220 เมกะวัตต์ ส่วนหน่วยที่ 1–7 รุ่นเก่าได้ทยอยปลดระวางไปแล้ว โรงไฟฟ้าแห่งนี้เป็นกำลังผลิตหลักที่หล่อเลี้ยงภาคเหนือและเสริมความมั่นคงของระบบไฟฟ้าประเทศมานานหลายสิบปี

แม่เมาะยังเป็นกรณีศึกษาสำคัญเรื่องสิ่งแวดล้อมของไทยด้วย ในอดีตเคยเกิดปัญหาก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์กระทบชุมชนรอบโรงไฟฟ้า จนนำไปสู่การติดตั้งระบบกำจัดก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (FGD) ครบทุกหน่วยผลิต และการยกระดับมาตรฐานการตรวจวัดคุณภาพอากาศอย่างเข้มงวด บทเรียนนี้สะท้อนว่าเทคโนโลยีควบคุมมลพิษไม่ใช่ของแถม แต่เป็นหัวใจของการอยู่ร่วมกับชุมชน

ประสิทธิภาพและสิ่งแวดล้อม มองแบบตรงไปตรงมา

โรงไฟฟ้าถ่านหินรุ่นเก่าแบบ Subcritical เปลี่ยนพลังงานในถ่านหินเป็นไฟฟ้าได้ราว 1 ใน 3 ของพลังงานทั้งหมด ส่วนที่เหลือกลายเป็นความร้อนทิ้งที่หอหล่อเย็น เทคโนโลยีรุ่นใหม่แบบ Supercritical และ Ultra-supercritical ที่ใช้ไอน้ำแรงดันและอุณหภูมิสูงขึ้น ช่วยดันประสิทธิภาพให้สูงขึ้นได้อีกหลายเปอร์เซ็นต์ ซึ่งหมายถึงการใช้ถ่านหินน้อยลงและปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์น้อยลงต่อหน่วยไฟฟ้าที่ผลิตได้

ในมุมสิ่งแวดล้อม ต้องพูดกันอย่างสมดุล การใช้ถ่านหินส่งผลให้เกิดปัญหาตามมาได้จริง เช่น ควัน ฝุ่นละออง ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ออกไซด์ของไนโตรเจน และคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจก รวมถึงผลกระทบต่อสุขภาพของชุมชนหากควบคุมไม่ดี จากสาเหตุดังกล่าวจึงมีการพัฒนา เทคโนโลยีถ่านหินสะอาด (Clean Coal Technology) อย่างต่อเนื่อง ทั้งเครื่องดักฝุ่นแบบไฟฟ้าสถิต ระบบ FGD กำจัดซัลเฟอร์ ระบบลด NOx และแนวทางการดักจับคาร์บอน โดยทางออกหนึ่งที่น่าสนใจคือการแปรรูปถ่านหิน (Coal Conversion) ให้เป็นแก๊สเชื้อเพลิงก่อนใช้งาน

Coal Gasification เปลี่ยนถ่านหินเป็นแก๊สเชื้อเพลิง

เทคโนโลยีการแปรรูปถ่านหินให้เป็นแก๊สเชื้อเพลิง (Coal Gasification Technology) มีการพัฒนามายาวนาน โดยมีรายงานการทดลองเกี่ยวกับแก๊สซิฟิเคชั่นครั้งแรกตั้งแต่ช่วงศตวรรษที่ 17 เป็นต้นมา และมีบันทึกว่าโรงงานผลิตแก๊สเชื้อเพลิงจากกระบวนการแก๊สซิฟิเคชั่นแห่งแรกสร้างขึ้นที่ประเทศอังกฤษเมื่อปี ค.ศ. 1812 โดยบริษัท London and Westminster Chartered Gas, Light and Coke ผลิตแก๊สที่เรียกกันในสมัยนั้นว่า “Town Gas” หรือ “Water Gas” ซึ่งหมายถึงแก๊สจากการทำปฏิกิริยาของถ่านหินกับไอน้ำในเครื่องแก๊สซิไฟเออร์ (Gasifier) ใช้จุดตะเกียงส่องสว่างตามท้องถนนลอนดอนก่อนยุคหลอดไฟฟ้าเสียอีก

กระบวนการแปรรูปถ่านหินเป็นแก๊สเชื้อเพลิงเป็นการออกซิเดชั่นถ่านหินเพียงบางส่วน อาศัยหลักการเผาไหม้ในสภาวะจำกัดอากาศ โดยทั่วไปประกอบด้วยปฏิกิริยาระหว่างคาร์บอนกับอากาศ ออกซิเจน ไอน้ำ หรือของผสมของสารเหล่านี้ ที่อุณหภูมิสูงกว่า 700 องศาเซลเซียส เมื่อถ่านหินถูกเปลี่ยนเป็นแก๊ส สารไม่พึงประสงค์อย่างสารประกอบซัลเฟอร์และเถ้าจะถูกกำจัดออกจากแก๊สผลิตภัณฑ์ได้ง่ายกว่าการเผาไหม้ตรงซึ่งมีปริมาณอากาศมาก ปกติอากาศที่ป้อนจะไม่เกินร้อยละ 35 ของปริมาณอากาศที่ต้องการทางทฤษฎี แก๊สที่ได้จึงมีความเข้มข้นของแก๊สเชื้อเพลิงสูง ทำความสะอาดได้มีประสิทธิภาพ บางกระบวนการอาจใช้แหล่งความร้อนภายนอกช่วย เพื่อลดการสูญเสียเชื้อเพลิงและเพิ่มค่าความร้อนของแก๊สผลิตภัณฑ์ด้วยการลดไนโตรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ที่เจือปน แก๊สสังเคราะห์ที่ได้นำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงผลิตกระแสไฟฟ้า ความร้อน หรือเป็นสารตั้งต้นสังเคราะห์เคมีภัณฑ์ เช่น แอมโมเนีย เมทานอล ก๊าซไฮโดรเจน รวมถึงเชื้อเพลิงเหลวได้อีกด้วย และยังต่อยอดเป็นโรงไฟฟ้าพลังความร้อนร่วมกับกระบวนการผลิตแก๊สจากถ่านหิน (IGCC) ที่ใช้ทั้งกังหันก๊าซและกังหันไอน้ำร่วมกันเพื่อรีดประสิทธิภาพสูงสุด

ไฟจากโรงไฟฟ้าใหญ่ vs เครื่องปั่นไฟสำรองหน้างาน ต่างกันตรงไหน

อ่านมาถึงตรงนี้อาจสงสัยว่า ในเมื่อประเทศมีโรงไฟฟ้าขนาดยักษ์อยู่แล้ว ทำไมโรงงาน โรงพยาบาล หรือฟาร์ม ยังต้องมีเครื่องปั่นไฟของตัวเองอีก คำตอบคือทั้งสองอย่างทำหน้าที่คนละบทบาทกันครับ

หัวข้อ	โรงไฟฟ้าถ่านหิน/โรงไฟฟ้าหลัก	เครื่องปั่นไฟดีเซลสำรอง
บทบาท	ผลิตไฟฐานให้ทั้งประเทศตลอด 24 ชม.	จ่ายไฟเฉพาะจุดเมื่อไฟหลักดับหรือไม่มีสายส่ง
ขนาดกำลังผลิต	หลักร้อยถึงพันเมกะวัตต์	หลักสิบ kVA ถึงหลัก MW ต่อเครื่อง
เวลาเริ่มจ่ายไฟ	ต้องอุ่นหม้อไอน้ำหลายชั่วโมง	สตาร์ทและรับโหลดได้ภายในไม่กี่วินาทีผ่านชุด ATS
เชื้อเพลิง	ถ่านหิน ก๊าซธรรมชาติ ฯลฯ	น้ำมันดีเซล หาซื้อง่าย สำรองในถังได้
ผู้ดูแล	การไฟฟ้า/ผู้ผลิตไฟฟ้ารายใหญ่	เจ้าของกิจการควบคุมเองได้ 100%

ระบบไฟฟ้าที่มั่นคงของประเทศเริ่มจากโรงไฟฟ้าใหญ่ก็จริง แต่ระหว่างทางยังมีสายส่ง หม้อแปลง และปัจจัยภายนอกอีกมากที่อาจทำให้ไฟดับได้ ตั้งแต่พายุ ฟ้าผ่า ไปจนถึงอุบัติเหตุรถชนเสาไฟ สำหรับธุรกิจที่หยุดไม่ได้ เช่น โรงงานผลิตต่อเนื่อง ห้องเย็น โรงพยาบาล และฟาร์มปศุสัตว์ เครื่องปั่นไฟดีเซลสำรองอย่างเครื่องปั่นไฟ Cummins ขนาด 30–2,500kVA จึงเป็นหลักประกันว่ากระบวนการสำคัญจะเดินต่อได้แม้สายส่งจะล่ม โดยเครื่องใหม่จาก S.E.A. Power Gent ทุกเครื่องรับประกัน 2 ปี และผ่านการทดสอบ Load Test 100% ก่อนส่งมอบทุกครั้ง

คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

โรงไฟฟ้าถ่านหินผลิตไฟฟ้าด้วยหลักการอะไร

ใช้ความร้อนจากการเผาถ่านหินต้มน้ำในหม้อไอน้ำให้เป็นไอน้ำแรงดันสูง แล้วนำไอน้ำไปหมุนกังหันไอน้ำที่ต่อเพลากับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ตามวัฏจักรแรงคิน ไอน้ำที่ใช้แล้วถูกควบแน่นกลับเป็นน้ำและวนใช้ใหม่

โรงไฟฟ้าแม่เมาะมีกำลังผลิตเท่าไร

ข้อมูลจาก กฟผ. ระบุว่าหน่วยที่เดินเครื่องปัจจุบันคือหน่วยที่ 8–13 รวม 1,620 เมกะวัตต์ และหน่วยทดแทนเครื่องที่ 14 อีก 600 เมกะวัตต์ รวมราว 2,220 เมกะวัตต์ ใช้ถ่านหินลิกไนต์จากเหมืองแม่เมาะ จังหวัดลำปาง

เทคโนโลยีถ่านหินสะอาดคืออะไร

คือกลุ่มเทคโนโลยีที่ลดผลกระทบสิ่งแวดล้อมจากการใช้ถ่านหิน เช่น เครื่องดักฝุ่น ระบบกำจัดก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (FGD) ระบบลด NOx หม้อไอน้ำประสิทธิภาพสูง และการแปรรูปถ่านหินเป็นแก๊สเชื้อเพลิง (Coal Gasification) ก่อนนำไปใช้

ทำไมโรงงานต้องมีเครื่องปั่นไฟสำรองทั้งที่ไฟจากการไฟฟ้าก็เสถียร

เพราะไฟดับเกิดได้จากหลายสาเหตุที่ควบคุมไม่ได้ เช่น พายุ ฟ้าผ่า หรืออุบัติเหตุกับสายส่ง การหยุดผลิตแม้ไม่กี่ชั่วโมงอาจเสียหายมากกว่าราคาเครื่องปั่นไฟทั้งเครื่อง เครื่องปั่นไฟสำรองพร้อมชุดสลับไฟอัตโนมัติช่วยให้ธุรกิจเดินต่อได้ภายในไม่กี่วินาที

ควรเลือกเครื่องปั่นไฟสำรองขนาดเท่าไร

ขึ้นกับโหลดรวมของอุปกรณ์ที่ต้องสำรองไฟและกระแสตอนสตาร์ทของมอเตอร์ต่าง ๆ แนะนำให้วิศวกรประเมินหน้างานจริง ทีมงาน S.E.A. Power Gent ให้คำปรึกษาฟรีทั้งการเลือกขนาดและการติดตั้ง

สนใจเครื่องปั่นไฟดีเซลสำรองสำหรับโรงงานและธุรกิจ ปรึกษา บริษัท เอส.อี.เอ. พาวเวอร์ เจ็นท์ จำกัด โทร 097-146-3594 / 080-056-0777 หรือเลือกชมสินค้าในหมวดเครื่องปั่นไฟ Cumminsได้เลยครับ