พลังงานทดแทนชนิดต่าง ๆ คืออะไร?

Send

พลังงานทดแทนกำลังกลายเป็นปัญหาที่สำคัญมากขึ้นในโลกปัจจุบัน นอกจากต้นทุนเชื้อเพลิงฟอสซิลที่เพิ่มสูงขึ้นและภัยคุกคามจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศแล้วยังมีการพัฒนาในด้านบวกซึ่งรวมถึงการปรับปรุงประสิทธิภาพและราคาที่ลดลง

ทั้งหมดนี้ทำให้ความต้องการพลังงานทางเลือกเพิ่มขึ้นและเร่งการเปลี่ยนผ่านไปสู่วิธีการที่สะอาดและยั่งยืนยิ่งขึ้นของพลังงานไฟฟ้า อย่างไรก็ตามสิ่งสำคัญคือต้องทราบว่ามีหลายชนิด - ชีวมวลพลังงานแสงอาทิตย์ลมน้ำขึ้นน้ำลงและพลังงานความร้อนใต้พิภพ - และแต่ละคนมีส่วนแบ่งข้อดีและข้อเสียของตัวเอง

ชีวมวล:

รูปแบบของพลังงานหมุนเวียนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือพลังงานชีวมวล ชีวมวลหมายถึงการใช้วัสดุอินทรีย์และแปลงเป็นพลังงานรูปแบบอื่น ๆ ที่สามารถนำมาใช้ แม้ว่าชีวมวลบางรูปแบบจะถูกนำมาใช้เป็นเวลาหลายศตวรรษเช่นไม้ที่ถูกเผาไหม้ แต่วิธีการใหม่กว่านั้นก็มุ่งเน้นไปที่วิธีการที่ไม่ผลิตคาร์บอนไดออกไซด์

ตัวอย่างเช่นมีการเผาไหม้เชื้อเพลิงชีวภาพที่สะอาดซึ่งเป็นทางเลือกแทนน้ำมันและก๊าซ ซึ่งแตกต่างจากเชื้อเพลิงฟอสซิลซึ่งผลิตโดยกระบวนการทางธรณีวิทยาเชื้อเพลิงชีวภาพถูกผลิตผ่านกระบวนการทางชีวภาพ - เช่นการเกษตรและการย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจน เชื้อเพลิงทั่วไปที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการนี้คือ bioethanol ซึ่งถูกสร้างขึ้นโดยการหมักคาร์โบไฮเดรตที่ได้จากน้ำตาลหรือแป้งพืช (เช่นข้าวโพดอ้อยหรือข้าวฟ่างหวาน) เพื่อสร้างแอลกอฮอล์

เชื้อเพลิงชีวภาพทั่วไปอื่น ๆ รู้จักกันในนามไบโอดีเซลซึ่งผลิตจากน้ำมันหรือไขมันโดยใช้กระบวนการที่เรียกว่า transesterification ซึ่งโมเลกุลของกรดจะถูกแลกเปลี่ยนกับแอลกอฮอล์ด้วยความช่วยเหลือของตัวเร่งปฏิกิริยา เชื้อเพลิงประเภทนี้เป็นทางเลือกยอดนิยมสำหรับน้ำมันเบนซินและสามารถนำไปเผาในยานพาหนะที่ได้รับการดัดแปลงให้ทำงานได้

พลังงานแสงอาทิตย์:

พลังงานแสงอาทิตย์ (photovoltaics) เป็นหนึ่งในแหล่งพลังงานทดแทนที่ได้รับความนิยมและเติบโตเร็วที่สุด ที่นี่กระบวนการเกี่ยวข้องกับเซลล์แสงอาทิตย์ (โดยปกติจะทำจากชิ้นผลึกซิลิคอน) ที่อาศัยผล photovoltaic (PV) เพื่อดูดซับโฟตอนและแปลงเป็นอิเล็กตรอน ในขณะเดียวกันพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ (พลังงานแสงอาทิตย์รูปแบบอื่น) อาศัยกระจกหรือเลนส์เพื่อรวมพื้นที่ขนาดใหญ่ของแสงอาทิตย์หรือพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ (STE) ไปยังพื้นที่ขนาดเล็ก (เช่นเซลล์แสงอาทิตย์)

เริ่มแรกใช้พลังงานไฟฟ้าโซลาร์เซลล์สำหรับการดำเนินงานขนาดเล็กถึงขนาดกลางตั้งแต่อุปกรณ์พลังงานแสงอาทิตย์ (เช่นเครื่องคิดเลข) ไปจนถึงอาร์เรย์ครัวเรือน อย่างไรก็ตามนับตั้งแต่ทศวรรษ 1980 โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีความเข้มข้นเชิงพาณิชย์ได้กลายเป็นเรื่องธรรมดาไปแล้ว ไม่เพียง แต่เป็นแหล่งพลังงานที่มีราคาไม่แพงซึ่งพลังงานกริดไม่สะดวกราคาแพงเกินไปหรือไม่สามารถใช้งานได้ธรรมดา การเพิ่มประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์และราคาที่ลดลงทำให้พลังงานแสงอาทิตย์สามารถแข่งขันกับแหล่งพลังงานทั่วไป (เช่นเชื้อเพลิงฟอสซิลและถ่านหิน)

ทุกวันนี้พลังงานแสงอาทิตย์ยังถูกนำมาใช้มากขึ้นในสถานการณ์ที่เชื่อมโยงกับกริดซึ่งเป็นวิธีการป้อนพลังงานคาร์บอนต่ำเข้าสู่กริด ภายในปี 2593 สำนักพลังงานระหว่างประเทศคาดการณ์ว่าพลังงานแสงอาทิตย์ซึ่งรวมถึงการดำเนินงานของ STE และ PV จะประกอบด้วยมากกว่า 25% ของตลาดทำให้เป็นแหล่งผลิตไฟฟ้าที่ใหญ่ที่สุดในโลก (ส่วนใหญ่ติดตั้งในจีนและอินเดีย)

พลังงานลม:

พลังงานลมถูกใช้มานานนับพันปีเพื่อผลักดันเรือใบกังหันลมหรือสร้างแรงดันให้กับปั๊มน้ำ การควบคุมลมเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าเป็นเรื่องของการวิจัยมาตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ 19 อย่างไรก็ตามมันเป็นเพียงความพยายามที่สำคัญในการค้นหาแหล่งพลังงานทางเลือกในศตวรรษที่ 20 ที่พลังงานลมได้กลายเป็นจุดโฟกัสของการวิจัยและพัฒนาจำนวนมาก

เมื่อเทียบกับพลังงานทดแทนรูปแบบอื่น ๆ แล้วพลังงานลมถือว่ามีความน่าเชื่อถือและมั่นคงเนื่องจากลมมีความสอดคล้องกันทุกปีและไม่ลดลงในช่วงที่มีความต้องการไฟฟ้าสูงสุด เริ่มแรกการก่อสร้างฟาร์มกังหันลมเป็นการลงทุนที่คุ้มค่า แต่ด้วยการปรับปรุงล่าสุดพลังงานลมเริ่มกำหนดราคาสูงสุดในตลาดขายส่งพลังงานทั่วโลกและลดรายได้และผลกำไรของอุตสาหกรรมเชื้อเพลิงฟอสซิล

จากรายงานของกระทรวงพลังงานเมื่อเดือนมีนาคมที่ผ่านมาพบว่าการเติบโตของพลังงานลมในสหรัฐอเมริกาอาจนำไปสู่การพัฒนางานที่มีทักษะสูงขึ้นในหลายประเภท ชื่อเรื่อง“ Wind Vision: ยุคใหม่สำหรับพลังงานลมในสหรัฐอเมริกา” เอกสารระบุว่าภายในปี 2050 อุตสาหกรรมสามารถคิดเป็นสัดส่วนถึง 35% ของการผลิตไฟฟ้าของสหรัฐอเมริกา

นอกจากนี้เมื่อปีที่แล้ว Global Wind Energy Council และ Greenpeace International มารวมตัวกันเพื่อจัดทำรายงานหัวข้อ“ Global Wind Energy Outlook 2014” รายงานนี้ระบุว่าทั่วโลกพลังงานลมสามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้มากถึง 25 ถึง 30% ภายในปี 2593 ในขณะที่มีการเขียนรายงานการติดตั้งเชิงพาณิชย์ในกว่า 90 ประเทศมีความจุรวม 318 กิกะวัตต์ (GW) ประมาณ 3% ของอุปทานทั่วโลก

พลังคลื่น:

คล้ายกับพลังงานลมพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงถือเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่มีศักยภาพเนื่องจากกระแสน้ำคงที่และคาดการณ์ได้ เช่นเดียวกับกังหันลมโรงเลื่อยน้ำถูกใช้มาตั้งแต่สมัยกรุงโรมโบราณและยุคกลาง น้ำที่เข้ามาจะถูกเก็บไว้ในบ่อน้ำขนาดใหญ่และเมื่อกระแสน้ำไหลออกมาพวกเขาก็หันกังหันน้ำที่สร้างพลังงานเชิงกลให้กับโรงสีข้าว

มันเป็นเพียงในศตวรรษที่ 19 ที่กระบวนการของการใช้น้ำลดลงและกังหันหมุนเพื่อสร้างกระแสไฟฟ้าได้รับการแนะนำในสหรัฐอเมริกาและยุโรป และนับตั้งแต่วันที่ 20 ที่การดำเนินการเหล่านี้ได้รับการดัดแปลงเพื่อการก่อสร้างตามแนวชายฝั่งและไม่ใช่แค่แม่น้ำ

ตามเนื้อผ้าพลังคลื่นได้รับความเดือดร้อนจากค่าใช้จ่ายที่ค่อนข้างสูงและความพร้อมใช้งานที่ จำกัด ของไซต์ที่มีช่วงน้ำขึ้นน้ำลงหรือความเร็วการไหลที่เพียงพอ อย่างไรก็ตามการพัฒนาและปรับปรุงเทคโนโลยีล่าสุดจำนวนมากทั้งในด้านการออกแบบและเทคโนโลยีกังหันแสดงให้เห็นว่าความพร้อมใช้งานโดยรวมของพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงอาจสูงกว่าที่คาดการณ์ไว้ก่อนหน้านี้มากและต้นทุนทางเศรษฐกิจและสิ่งแวดล้อม

โรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดใหญ่แห่งแรกของโลกคือโรงไฟฟ้า Rance Tidal ในประเทศฝรั่งเศสซึ่งเริ่มดำเนินการในปี 2509 และใน Orkney สกอตแลนด์โรงงานทดสอบพลังงานทางทะเลแห่งแรกของโลก - ศูนย์พลังงานทางทะเลแห่งยุโรป (EMEC) ก่อตั้งขึ้นใน 2003 เพื่อเริ่มต้นการพัฒนาของคลื่นและอุตสาหกรรมพลังงานคลื่นในสหราชอาณาจักร

ในปี 2558 สถานีพลังงานคลื่นที่เชื่อมต่อกับกริดแห่งแรกของโลก (CETO ซึ่งได้รับการตั้งชื่อตามเทพธิดาแห่งทะเลกรีก) ได้เปิดตัวออนไลน์นอกชายฝั่งของออสเตรเลียตะวันตก พัฒนาโดย Carnegie Wave Energy สถานีพลังงานนี้ทำงานใต้น้ำและใช้ทุ่นใต้ท้องทะเลเพื่อปั๊มชุดเครื่องสูบน้ำทะเลที่มีก้นทะเลซึ่งจะสร้างกระแสไฟฟ้า

ความร้อนใต้พิภพ:

พลังงานความร้อนใต้พิภพเป็นอีกรูปแบบหนึ่งของพลังงานทางเลือกที่มีความยั่งยืนและน่าเชื่อถือ ในกรณีนี้พลังงานความร้อนจะได้มาจากโลก - โดยปกติจะมาจากท่อหนืดแมกมาน้ำพุร้อนหรือระบบหมุนเวียนความร้อน - เพื่อหมุนกังหันหรืออาคารความร้อน ถือว่าน่าเชื่อถือเพราะโลกมี 10³¹ พลังงานความร้อนจูลส์ที่ไหลผ่านพื้นผิวตามธรรมชาติโดยการนำความร้อน 44.2 terawatts (TW) - มากกว่าการใช้พลังงานในปัจจุบันของมนุษย์สองเท่า

ข้อเสียเปรียบอย่างหนึ่งก็คือความจริงที่ว่าพลังงานนี้กระจายไปและสามารถถูกควบคุมได้ในบางพื้นที่เท่านั้น อย่างไรก็ตามในบางพื้นที่ของโลกเช่นไอซ์แลนด์อินโดนีเซียและภูมิภาคอื่น ๆ ที่มีกิจกรรมความร้อนใต้พิภพในระดับสูงมันเป็นวิธีที่เข้าถึงได้ง่ายและประหยัดค่าใช้จ่ายในการลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลและถ่านหินเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ประเทศที่ผลิตกระแสไฟฟ้าจากแหล่งความร้อนใต้พิภพมากกว่าร้อยละ 15 ได้แก่ เอลซัลวาดอร์เคนยาฟิลิปปินส์ไอซ์แลนด์และคอสตาริกา

ในปี 2558 ความจุพลังงานความร้อนใต้พิภพทั่วโลกมีจำนวน 12.8 กิกะวัตต์ (GW) ซึ่งคาดว่าจะเพิ่มขึ้นเป็น 14.5-17.6 กิกะวัตต์ในปี 2020 ยิ่งกว่านั้นสมาคมพลังงานความร้อนใต้พิภพ (GEA) ประมาณการว่ามีเพียง 6.5 เปอร์เซ็นต์ของศักยภาพทั่วโลกทั้งหมด จนถึงขณะที่ IPCC รายงานศักยภาพพลังงานความร้อนใต้พิภพให้อยู่ในช่วง 35 GW ถึง 2 TW

ปัญหาเกี่ยวกับการยอมรับ:

ปัญหาหนึ่งที่มีพลังงานหมุนเวียนหลายรูปแบบคือพวกเขาขึ้นอยู่กับสถานการณ์ของธรรมชาติเช่นลมน้ำประปาและแสงแดดที่เพียงพอซึ่งอาจทำให้เกิดข้อ จำกัด อีกประเด็นหนึ่งคือค่าใช้จ่ายสัมพัทธ์ของพลังงานทางเลือกหลายรูปแบบเมื่อเทียบกับแหล่งดั้งเดิมเช่นน้ำมันและก๊าซธรรมชาติ จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้การใช้โรงไฟฟ้าที่ใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงหรือน้ำมันมีราคาถูกกว่าการลงทุนหลายล้านในการก่อสร้างพลังงานแสงอาทิตย์ลมน้ำขึ้นน้ำลงหรือความร้อนใต้พิภพ

อย่างไรก็ตามการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์, กังหันลมและอุปกรณ์อื่น ๆ - ไม่พูดถึงการปรับปรุงที่ทำในปริมาณพลังงานที่ผลิต - มีผลในรูปแบบของพลังงานทดแทนหลายรูปแบบกลายเป็นการแข่งขันกับวิธีอื่น ๆ ทั่วทุกมุมโลกประเทศและชุมชนต่าง ๆ กำลังเร่งก้าวไปสู่การเปลี่ยนผ่านสู่วิธีที่สะอาดขึ้นยั่งยืนขึ้นและพึ่งพาตนเองมากขึ้น

เราได้เขียนบทความที่น่าสนใจมากมายเกี่ยวกับพลังงานทางเลือกในนิตยสาร Space พลังงานทางเลือกคืออะไรพลังงานแสงอาทิตย์คืออะไร และพลังงานความร้อนใต้พิภพมาจากไหนโลกสามารถใช้พลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมได้หรือไม่และเก็บเกี่ยวพลังงานแสงอาทิตย์จากอวกาศ

คุณควรตรวจสอบห้องปฏิบัติการพลังงานทดแทนแห่งชาติและโครงการนโยบายพลังงานทดแทน

นักดาราศาสตร์ยังมีตอนในเรื่อง นี่คือตอนที่ 51: โลก

แหล่งที่มา: