Renewable Energy : พลังงานแห่งอนาคตที่ไม่มีวันหมดสิ้น
เทคโนโลยีเกิดใหม่หลายๆ ประเภท เช่น โมบายล์อินเทอร์เน็ต (mobile internet) รถยนต์ไร้คนขับ (autonomous vehicle) และจีโนมิกส์ (genomics) กำลังจะสร้างความเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ให้กับโลกใบนี้ บรรดาเทคโนโลยีใหม่ๆ เหล่านี้ กำลังแพร่กระจายไปในทุกภาคส่วน แต่ก็ใช่ว่าเทคโนโลยีใหม่ทุกประเภทจะก่อให้เกิดความเปลี่ยนแปลงต่อภาคส่วนธุรกิจหรือสังคม มีเพียงแค่บางประเภทเท่านั้นที่มีแนวโน้มจะส่งผลกระทบต่อเทคโนโลยียุคเก่าให้เปลี่ยนจากหน้ามือเป็นหลังมือ หรือที่ปกติเราเรียกกันว่า disruption นั่นเอง รวมถึงเปลี่ยนแปลงวิถีชีวิตของผู้คนไปอย่างสิ้นเชิง ถึงแม้ว่าความก้าวหน้าทางด้านเทคโนโลยีจะมีผลดีช่วยขับเคลื่อนระบบเศรษฐกิจให้เดินไปได้ แต่ในขณะเดียวกันก็ก่อให้เกิดความเปลี่ยนแปลงที่ไม่อาจหลีกเลี่ยงได้ ผู้นำทั้งทางฝั่งรัฐบาล และภาคส่วนธุรกิจไม่เพียงแค่ต้องทำความเข้าใจในเทคโนโลยีใหม่ๆ เหล่านี้ แต่จะต้องเตรียมตัวรับมือกับผลกระทบครั้งใหญ่นี้ให้พร้อมก่อนที่จะสายเกินแก้
รูปที่ 1 พลังงานแสงอาทิตย์ คือ พลังงานแห่งอนาคต
ที่มา: https://www.thaisolarenergy.com/index.php/solar-farm-thailand/
หนึ่งในเทคโนโลยีใหม่ที่จะเข้ามามีบทบาทต่อชีวิตประจำวันของทุกคนอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ คือ เทคโนโลยีการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียน หรือ renewable energy นั่นเอง สำหรับ renewable energy นั้นถือเป็นแหล่งพลังงานที่ยั่งยืน เพราะได้มาจากแหล่งพลังงานที่มีปริมาณไม่จำกัด เช่น แสงอาทิตย์ แม่น้ำ ลม และพลังงานความร้อนจากใต้พื้นดิน เป็นต้น และสามารถนำไปใช้ขับเคลื่อนเครื่องจักรกลยุคใหม่โดยไม่ต้องพึ่งทรัพยากรจากโลกที่นับวันจะลดน้อยลงเรื่อยๆ แต่อย่างใด อีกทั้งยังช่วยแก้ไขปัญหามลภาวะทางอากาศ และการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ (climate change) ได้อีกด้วย แต่ในตอนนี้ปัญหาหลักของ renewable energy คือ ราคาของแหล่งพลังงานหมุนเวียนอย่างพลังงานแสงอาทิตย์และลมยังคงสูงอยู่ เมื่อเปรียบเทียบกับเชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น ถ่านหิน น้ำมัน และก๊าซธรรมชาติ เป็นต้น แต่ถึงกระนั้นเอง renewable energy ก็จะเข้ามาเป็นแรงขับเคลื่อนสำคัญของโลกแห่งอนาคตภายในอีก 10 ปี และด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีจะส่งผลให้ช่องว่างระหว่างราคาของเชื้อเพลิงฟอสซิลและ renewable ค่อยๆ ลดลงไป
การผลิตพลังงานจากแสงอาทิตย์สามารถทำได้ด้วยการใช้เทคโนโลยีรูปแบบต่างๆ กันไป เช่น เทคโนโลยีผลิตไฟฟ้าด้วยระบบรวมแสงอาทิตย์ (concentrated solar) และการสังเคราะห์แสง (induced photosynthesis) เป็นต้น ซึ่งเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ (photovoltaics) นั้นนับเป็นกระบวนการผลิตพลังงานจากแสงอาทิตย์ที่นิยมมากที่สุด แผงโซลาร์เซลล์ (PV panel) ทำมาจากวัสดุที่มีความไวต่อแสง เช่น ผลึกซิลิกอน (crystalline silicon) เป็นต้น โดยแผงโซลาร์เซลล์ทำหน้าที่เปลี่ยนแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้า โดยใช้ปรากฏการณ์โฟโตวอลทาอิก (photovoltaic effect) แผงโซลาร์เซลล์สามารถนำมาใช้งานในสเกลขนาดเล็กจำนวนไม่กี่แผงก็สามารถให้พลังงานอาคารหรือบ้าน 1 หลังได้ หรือจะสร้างเป็นระดับโซลาร์ฟาร์ม (solar farm) ขนาดใหญ่เพื่อส่งกำลังไฟฟ้าเข้าไปยังโครงข่ายไฟฟ้า ถึงแม้ว่า ราคาของแผงโซลาร์เซลล์ และราคาโดยรวมของกระบวนการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ได้ลดลงอย่างมากในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา แต่อย่างไรก็ตาม เมื่อเปรียบเทียบราคากันแล้วนั้น พลังงานแสงอาทิตย์ก็ยังคงไม่สามารถไปแข่งขันกับเชื้อเพลิงฟอสซิลได้ในระดับโลกด้วยราคาที่สูงกว่า
รูปที่ 2 เทคโนโลยีผลิตไฟฟ้าด้วยระบบรวมแสงอาทิตย์ (concentrated solar)
รูปที่ 3 ปรากฏการณ์โฟโตวอลเทอิก (Photovoltaic Effect) ของแผงโซล่าร์เซลล์
ที่มา: https://energyeducation.ca/encyclopedia/Photovoltaic_effect
ตอนนี้เทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมกำลังมาแรง ตัวอย่างเช่น โซล่าเซลล์ ชนิดฟิล์มบาง (thin film cell) ซึ่งทำมาจากสารประกอบอย่าง cadmium telluride, copper indium gallium arsenide (CIGS) หรือ amorphous silicon (A-Si) กำลังได้รับการพัฒนาเพื่อใช้สำหรับการผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ เทคโนโลยีนี้เองจะช่วยลดการใช้วัสดุในการสร้างโซลาร์เซลล์ อีกทั้งยังสามารถพิมพ์และติดตั้ง thin film cell บนพื้นผิวที่ยืดหยุ่นได้ ซึ่งจะช่วยลดค่าใช้จ่าย และเพิ่มหนทางในการนำไปประยุกต์ใช้งานได้หลากหลายมากยิ่งขึ้น นักวิจัยกำลังวิจัยทางด้านวัสดุนาโน (nanomaterial) รวมถึงแผ่นฟิล์มโพลีเมอร์ (polymer film) ซึ่งมีความหนาน้อยกว่า 100 นาโนเมตร และสามารถนำมาใช้แทนเซลล์ซิลิคอนได้ และเคลือบด้วยวัสดุนาโนที่มีคุณสมบัติกันน้ำได้ และป้องกันฝุ่นและเศษต่างๆ ไม่ให้มาเกาะบนแผ่นโซล่าร์เซลล์ได้
รูปที่ 4 โซล่าเซลล์ ชนิดฟิล์มบาง (thin film solar panel) มีความยืดหยุ่นสูง สามารถงอได้โดยไม่หัก
ที่มา: https://livegreen2go.com/explained-monocrystalline-vs-polycrystalline-vs-thin-film-solar-panels/
รูปที่ 5 thin film solar cell ในขณะที่กำลังติดตั้งบนหลังคาบ้าน
ที่มา: https://en.wikipedia.org/wiki/Thin-film_solar_cell
ในส่วนของกังหันลมผลิตไฟฟ้านั้น งานวิจัยจะมุ่งเน้นไปที่การออกแบบกังหัน (turbine) และใบพัด (blade) ตัวอย่างเช่น “Windlens” ของทางญี่ปุ่น ซึ่งใช้หลักการออกแบบวงแหวนรอบเส้นรอบวงของใบพัดในการเพิ่มกระแสลมให้ไหลผ่านใบพัดมากขึ้นถึง 2-3 เท่า เพื่อเพิ่มการผลิตไฟฟ้า การออกแบบของกังหันลม (wind turbine) รูปแบบใหม่ที่เป็นแนวตั้งนั้นมีการจัดตำแหน่งของส่วนประกอบหลัก ได้แก่ generator, gearbox และระบบเบรค ไว้ใกล้กับพื้น ทำให้ง่ายต่อการซ่อมแซม บำรุงรักษามากขึ้น
รูปที่ 6 Windlens ของญี่ปุ่น สร้างโดยศาสตราจารย์ Ohya แห่งมหาวิทยาลัยคิวชู (Kyushu University)
ที่มา: https://www.kyushu-u.ac.jp/en/university/professor/building03.html
ถึงแม้ว่า จนถึงปี 2025 ในบางพื้นที่นั้น พลังงานแสงอาทิตย์ และพลังงานลมจะยังคงไม่ใช่คู่แข่งของเชื้อเพลิงฟอสซิลเมื่อเทียบกันทางด้านราคา และความต่อเนื่องหรือเสถียรภาพในการนำมาใช้ แต่ก็มีการคาดการณ์ไว้ว่า จะมีการหันมาปรับใช้พลังงานแสงอาทิตย์ และพลังงานลมมากขึ้น ซึ่งเป็นผลมาจากราคาต้นทุนที่ลดลง และเงินสนับสนุนจากภาครัฐ รวมถึงความตระหนักถึงปัญหา climate change ที่นับวันจะเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ
พลังงานแสงอาทิตย์และลมสามารถสร้างผลกำไรมหาศาลให้แก่ภาคส่วนธุรกิจที่ให้บริการทางด้านพลังงาน ก่อให้เกิดห่วงโซ่อุปทานตลอดสายการผลิต นอกจากนั้นยังก่อให้เกิดประโยชน์ต่อผู้ใช้พลังงาน รวมถึงกลุ่มผู้บริโภคและสังคมอีกด้วย แต่อย่างไรก็ตาม สิ่งเหล่านี้จะพัฒนาได้อย่างรวดเร็วก็ต่อเมื่อมีการสนับสนุนจากทางภาครัฐ ซึ่งหมายรวมถึงเงินสนับสนุนจากรัฐบาลอย่างต่อเนื่อง ราคาของเชื้อเพลิงฟอสซิลที่มีความผันผวน และพฤติกรรมของผู้เล่นในตลาดพลังงาน ประชาชน และผู้กำหนดนโยบายล้วนแล้วแต่จะส่งผลกระทบต่อการหันมาใช้พลังงานแสงอาทิตย์และลมที่มากขึ้นทั้งสิ้น ความต้องการพลังงานหมุนเวียนที่มากขึ้นจะช่วยเพิ่มโอกาสทางการค้าให้แก่กลุ่มผู้ให้บริการเทคโนโลยี (technology provider) และกลุ่ม supplier อย่างมาก สำหรับกลุ่มธุรกิจบางกลุ่มนั้น พลังงานแสงอาทิตย์และลมจะช่วยทำให้การควบคุมการดำเนินกิจการจากระยะทางไกล (remote operation) มีพลังงานที่เพียงพอในการบริหารจัดการ และเป็นการขยายพื้นที่การดำเนินธุรกิจให้กว้างไกลขึ้น นอกจากนี้สิ่งเหล่านี้ก็ยังขึ้นอยู่กับความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการกักเก็บพลังงาน (energy storage) อีกด้วย
บริษัทผู้ให้บริการสาธารณูปโภค (utility company) จะก้าวเข้ามามีบทบาทสำคัญในการปรับเปลี่ยนมาให้บริการพลังงานหมุนเวียนแทน ซึ่งบริษัท utility เหล่านี้จะต้องทำการลงทุนทางด้านการกักเก็บพลังงานเพื่อรองรับและบริหารจัดการไฟฟ้าที่ผลิตจากพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมที่ไหลเข้าสู่โครงข่ายไฟฟ้า (electrical grid) นอกจากนั้น พลังงานหมุนเวียนแบบกระจายศูนย์ (distributed renewable energy) ได้แก่ ไฟฟ้าที่ซื้อจากโรงไฟฟ้าขนาดเล็กในท้องถิ่น หรือจากผู้ใช้กลุ่มบ้านพักอาศัยและกลุ่มเชิงพาณิชย์ที่สามารถผลิตไฟฟ้าเพื่อใช้เอง (prosumers) จะสามารถช่วยชะลอการลงทุนทางด้านโครงสร้างพื้นฐานทั้ง transmission และ distribution network ของกลุ่ม utility ออกไปก่อนได้
ความก้าวหน้าทางด้านเทคโนโลยีการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียน และเชื้อเพลิงฟอสซิลมีความเชื่อมโยงกันอย่างชัดเจน จะเห็นได้จากความก้าวหน้าของเทคโนโลยีพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ส่งผลกระทบโดยตรงให้ปริมาณความต้องการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลลดลงอย่างชัดเจน แต่อย่างไรก็ตาม มีความเป็นไปได้ว่า การใช้ก๊าซธรรมชาติในการผลิตไฟฟ้าที่มากขึ้นจะส่งผลให้มีจำนวนโรงไฟฟ้าที่สามารถตอบสนองความต้องการที่พุ่งสูงขึ้นในช่วงสั้นๆ ได้อย่างทันท่วงที (peaking plant) เพิ่มมากขึ้นตามไปด้วยในโครงข่ายไฟฟ้า ซึ่งช่วยให้การปรับเปลี่ยนมาใช้แหล่งพลังงานแบบไม่ต่อเนื่อง (intermittent source) อย่างเช่น พลังงานหมุนเวียนในระยะกลางและระยะยาวเป็นไปได้ง่ายมากยิ่งขึ้น
คำถามที่น่าสนใจที่สุดเกี่ยวกับการเติบโตของธุรกิจการผลิตไฟฟ้าพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์คือว่าความตระหนักถึงปัญหาสิ่งแวดล้อมของประชาชนจะเป็นแรงขับเคลื่อนเพียงพอในการผลักดันให้รัฐบาลช่วยสนับสนุนทางการเงินให้แก่กลุ่มผู้ใช้พลังงานหมุนเวียนได้หรือไม่ โดยอาจจะอยู่ในรูปแบบการเก็บภาษีสิ่งแวดล้อม (environmental tax) จากบริษัท ถึงแม้ว่าอุปทานของเชื้อเพลิงฟอสซิลจะเพิ่มมากขึ้น และราคาร่วงลงก็ตาม
การปรับมาใช้พลังงานจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์และลม มีสาเหตุหลักๆ อยู่ 2 ประการ คือ ความต้องการพลังงานที่สูงขึ้นเพื่อตอบสนองอุปสงค์ที่มากขึ้นอันเนื่องมาจากเศรษฐกิจที่กำลังเติบโต และความต้องการที่จะบรรเทาปัญหาสิ่งแวดล้อมและปัญหาการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศ (climate change) กลไกทางเศรษฐกิจของโลกนี้จะถูกขับเคลื่อนไปได้ด้วยพลังงานมหาศาล ซึ่งนับวันก็ยิ่งหายากมากขึ้นเรื่อยๆ ด้วยความที่เชื้อเพลิงฟอสซิลเป็นเชื้อเพลิงที่มีจำกัด และค่าใช้จ่ายในการสำรวจหาแหล่งเชื้อเพลิงใหม่ๆ ที่พุ่งสูงขึ้น แม้กระทั่ง น้ำมันและก๊าซธรรมชาติก็เริ่มที่จะมีปริมาณลดน้อยลงเรื่อยๆ รัฐบาลกำลังสร้างความตระหนักให้แก่ประชาชนถึงความสำคัญของการประหยัดพลังงานเพื่อให้มีพลังงานเพียงพอสำหรับอนาคต ซึ่งนี่จะทำให้เกิดความต้องการสำหรับพลังงานหมุนเวียนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น
ที่มา : ฝ่ายนวัตกรรมและพัฒนาการกำกับกิจการพลังงาน สำนักงานคณะกรรมการกำกับกิจการพลังงาน