การใช้ประโยชน์จากพลังงานที่ซ่อนอยู่ใต้พิภพ: ภาพรวมการผลิตไฟฟ้าใต้ดินทั่วโลก

การแสวงหาแหล่งพลังงานที่ยั่งยืนและเชื่อถือได้ถือเป็นภารกิจสำคัญระดับโลก ในขณะที่พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานลม และพลังงานหมุนเวียนอื่น ๆ กำลังได้รับความนิยมมากขึ้น การผลิตไฟฟ้าใต้ดินก็ได้นำเสนอทางเลือกและแนวทางเสริมที่น่าสนใจ สาขานวัตกรรมนี้ใช้ประโยชน์จากทรัพยากรธรรมชาติและชั้นหินทางธรณีวิทยาของโลกในการผลิตและกักเก็บพลังงาน ซึ่งมีข้อได้เปรียบที่เป็นเอกลักษณ์ในด้านเสถียรภาพ การใช้ประโยชน์ที่ดิน และผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

การผลิตไฟฟ้าใต้ดินคืออะไร?

การผลิตไฟฟ้าใต้ดินครอบคลุมเทคโนโลยีหลากหลายประเภทที่ใช้ทรัพยากรหรือพื้นที่ใต้ดินในการผลิตและกักเก็บพลังงาน ประเภทหลัก ๆ ได้แก่:

• พลังงานความร้อนใต้พิภพ (Geothermal Energy): การสกัดความร้อนจากแกนโลกเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าหรือให้ความร้อนโดยตรง
• การกักเก็บพลังงานแบบสูบกลับใต้ดิน (UPHS): การกักเก็บพลังงานโดยการสูบน้ำไปยังอ่างเก็บน้ำใต้ดิน และปล่อยน้ำออกมาเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าเมื่อต้องการ
• การกักเก็บพลังงานโดยใช้ลมอัดใต้ดิน (CAES): การอัดอากาศและเก็บไว้ใต้ดินเพื่อปล่อยออกมาขับเคลื่อนกังหันและผลิตกระแสไฟฟ้าในภายหลัง
• การกักเก็บไฮโดรเจนใต้ดิน (UHS): การเก็บไฮโดรเจนในโพรงใต้ดินเพื่อนำไปใช้ในการผลิตไฟฟ้าหรือวัตถุประสงค์อื่น ๆ ในอนาคต

พลังงานความร้อนใต้พิภพ: การใช้ประโยชน์จากความร้อนภายในโลก

พลังงานความร้อนใต้พิภพเป็นรูปแบบการผลิตไฟฟ้าใต้ดินที่พัฒนาแล้วและมีการนำไปใช้อย่างแพร่หลาย โดยอาศัยความร้อนภายในโลกซึ่งมีการเติมเต็มอยู่ตลอดเวลา ทำให้เป็นทรัพยากรหมุนเวียนและยั่งยืน

ประเภทของแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพ

• แหล่งความร้อนแบบน้ำร้อน (Hydrothermal Resources): แหล่งทรัพยากรเหล่านี้เกี่ยวข้องกับแหล่งกักเก็บน้ำร้อนหรือไอน้ำใต้ดินที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ แบ่งออกเป็น:
• แหล่งความร้อนแบบน้ำร้อนอุณหภูมิสูง: ใช้สำหรับการผลิตกระแสไฟฟ้า โดยทั่วไปพบในบริเวณที่มีภูเขาไฟ
• แหล่งความร้อนแบบน้ำร้อนอุณหภูมิต่ำ: ใช้สำหรับการให้ความร้อนโดยตรง เช่น ระบบทำความร้อนในเขตเมือง โรงเรือน และการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ
• ระบบความร้อนใต้พิภพขั้นสูง (EGS): EGS หรือที่รู้จักกันในชื่อระบบความร้อนใต้พิภพเชิงวิศวกรรม หรือความร้อนใต้พิภพจากหินร้อนแห้ง (HDR) เกี่ยวข้องกับการสร้างรอยแตกเทียมในหินร้อนแห้งที่อยู่ลึกลงไปใต้ดิน เพื่อให้น้ำสามารถไหลเวียนและสกัดความร้อนออกมาได้ ซึ่งเป็นการขยายศักยภาพทางภูมิศาสตร์ของพลังงานความร้อนใต้พิภพ
• ปั๊มความร้อนใต้พิภพ (GHPs): ใช้ประโยชน์จากอุณหภูมิคงที่ของพื้นดินตื้น ๆ เพื่อทำความร้อนและความเย็นให้กับอาคาร โดยทั่วไปไม่ถือว่าเป็นการผลิตไฟฟ้า แต่มีส่วนสำคัญอย่างยิ่งต่อประสิทธิภาพการใช้พลังงาน

การผลิตพลังงานความร้อนใต้พิภพทั่วโลก: ตัวอย่างและแนวโน้ม

พลังงานความร้อนใต้พิภพถูกนำมาใช้ในหลายประเทศทั่วโลก นี่คือตัวอย่างที่น่าสนใจ:

• สหรัฐอเมริกา: ผู้ผลิตไฟฟ้าจากความร้อนใต้พิภพรายใหญ่ที่สุดของโลก โดยมีกำลังการผลิตที่สำคัญในแคลิฟอร์เนีย เนวาดา และยูทาห์ แหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพ The Geysers ในแคลิฟอร์เนียเป็นตัวอย่างที่สำคัญของแหล่งความร้อนแบบน้ำร้อนอุณหภูมิสูง
• อินโดนีเซีย: มีทรัพยากรความร้อนใต้พิภพจำนวนมหาศาลเนื่องจากตั้งอยู่ตามแนววงแหวนแห่งไฟแปซิฟิก และกำลังพัฒนาโรงไฟฟ้าความร้อนใต้พิภพแห่งใหม่อย่างต่อเนื่องเพื่อตอบสนองความต้องการพลังงานที่เพิ่มขึ้น
• ฟิลิปปินส์: เป็นอีกประเทศหนึ่งที่มีศักยภาพด้านความร้อนใต้พิภพสูง โดยมีโรงไฟฟ้าความร้อนใต้พิภพที่เปิดดำเนินการอยู่หลายแห่ง
• ไอซ์แลนด์: ผู้บุกเบิกการใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพ โดยใช้ในการผลิตไฟฟ้า ระบบทำความร้อนในเขตเมือง และการใช้งานในภาคอุตสาหกรรมต่าง ๆ พลังงานความร้อนใต้พิภพเป็นแหล่งพลังงานส่วนสำคัญของไอซ์แลนด์
• เคนยา: ผู้ผลิตพลังงานความร้อนใต้พิภพชั้นนำในแอฟริกา โดยมีการพัฒนาที่สำคัญในแหล่งความร้อนใต้พิภพ Olkaria
• นิวซีแลนด์: ใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพทั้งในการผลิตไฟฟ้าและการใช้งานโดยตรง
• ตุรกี: กำลังขยายกำลังการผลิตไฟฟ้าจากความร้อนใต้พิภพอย่างรวดเร็ว โดยมีโรงไฟฟ้าใหม่หลายแห่งอยู่ระหว่างการพัฒนา

ข้อดีของพลังงานความร้อนใต้พิภพ

• เป็นพลังงานหมุนเวียนและยั่งยืน: ความร้อนภายในโลกเป็นทรัพยากรที่แทบจะไม่มีวันหมดสิ้น
• เป็นพลังงานไฟฟ้าฐาน: โรงไฟฟ้าความร้อนใต้พิภพสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่อง ทำให้เป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าฐานที่เชื่อถือได้ ซึ่งแตกต่างจากพลังงานหมุนเวียนที่ไม่สม่ำเสมอเช่นพลังงานแสงอาทิตย์และลม
• ใช้พื้นที่น้อย: โรงไฟฟ้าความร้อนใต้พิภพโดยทั่วไปต้องการพื้นที่น้อยกว่าการผลิตพลังงานรูปแบบอื่น ๆ
• ปล่อยมลพิษต่ำ: พลังงานความร้อนใต้พิภพปล่อยก๊าซเรือนกระจกน้อยกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิลอย่างมีนัยสำคัญ
• การใช้งานโดยตรง: พลังงานความร้อนใต้พิภพสามารถใช้โดยตรงเพื่อให้ความร้อน ความเย็น และในกระบวนการทางอุตสาหกรรม

ความท้าทายของพลังงานความร้อนใต้พิภพ

• ข้อจำกัดทางภูมิศาสตร์: แหล่งความร้อนแบบน้ำร้อนอุณหภูมิสูงกระจุกตัวอยู่ในบางภูมิภาคเท่านั้น แม้ว่าเทคโนโลยี EGS กำลังขยายศักยภาพทางภูมิศาสตร์ออกไป
• ต้นทุนเริ่มต้นสูง: การก่อสร้างโรงไฟฟ้าความร้อนใต้พิภพอาจต้องใช้เงินลงทุนสูง
• ความยั่งยืนของทรัพยากร: การสกัดของเหลวความร้อนใต้พิภพมากเกินไปอาจทำให้แหล่งกักเก็บหมดลงได้หากไม่มีการจัดการที่เหมาะสม
• การเหนี่ยวนำให้เกิดแผ่นดินไหว: การดำเนินงานของ EGS อาจกระตุ้นให้เกิดแผ่นดินไหวเล็กน้อยได้ ซึ่งต้องมีการตรวจสอบและมาตรการบรรเทาผลกระทบอย่างระมัดระวัง
• ข้อกังวลด้านสิ่งแวดล้อม: ของเหลวความร้อนใต้พิภพอาจมีแร่ธาตุและก๊าซละลายอยู่ ซึ่งต้องมีการกำจัดอย่างเหมาะสม

การกักเก็บพลังงานแบบสูบกลับใต้ดิน (UPHS): โซลูชันการกักเก็บพลังงานที่ยั่งยืน

การกักเก็บพลังงานมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการบูรณาการแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่ไม่สม่ำเสมอเข้ากับระบบโครงข่ายไฟฟ้าและสร้างความมั่นคงของระบบ การกักเก็บพลังงานแบบสูบกลับใต้ดิน (UPHS) นำเสนอโซลูชันที่มีแนวโน้มที่ดีสำหรับการกักเก็บพลังงานขนาดใหญ่

หลักการทำงานของ UPHS

UPHS ประกอบด้วยอ่างเก็บน้ำสองแห่งที่ระดับความสูงต่างกัน ในช่วงเวลาที่ความต้องการพลังงานต่ำหรือมีการผลิตพลังงานหมุนเวียนส่วนเกิน น้ำจะถูกสูบจากอ่างเก็บน้ำด้านล่างไปยังอ่างเก็บน้ำด้านบนเพื่อเก็บเป็นพลังงานศักย์ เมื่อความต้องการพลังงานสูง น้ำจะถูกปล่อยจากอ่างเก็บน้ำด้านบนไปยังอ่างเก็บน้ำด้านล่าง โดยไหลผ่านกังหันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า

ในระบบ UPHS อ่างเก็บน้ำอย่างน้อยหนึ่งแห่งจะอยู่ใต้ดิน ไม่ว่าจะเป็นในโพรงที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติหรือพื้นที่ที่ขุดขึ้นมาใหม่ ซึ่งมีข้อดีหลายประการ:

• ลดการใช้พื้นที่: อ่างเก็บน้ำใต้ดินช่วยลดพื้นที่บนพื้นผิวของโรงเก็บพลังงาน
• ประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อม: UPHS สามารถลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมเมื่อเทียบกับการกักเก็บพลังงานแบบสูบกลับบนพื้นผิวแบบดั้งเดิม ซึ่งมักจะต้องสร้างเขื่อนกั้นแม่น้ำและทำให้น้ำท่วมหุบเขา
• ข้อดีด้านความสวยงาม: อ่างเก็บน้ำใต้ดินไม่รบกวนทัศนียภาพ
• ศักยภาพในการบูรณาการกับโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่: UPHS สามารถรวมเข้ากับเหมืองหรืออุโมงค์ใต้ดินที่มีอยู่แล้ว ซึ่งช่วยลดต้นทุนการก่อสร้าง

โครงการ UPHS ทั่วโลกและศักยภาพ

แม้ว่า UPHS จะเป็นเทคโนโลยีที่ค่อนข้างใหม่เมื่อเทียบกับการกักเก็บพลังงานแบบสูบกลับแบบดั้งเดิม แต่ก็มีหลายโครงการที่อยู่ระหว่างการพัฒนาหรือพิจารณาทั่วโลก:

• เยอรมนี: การศึกษาหลายชิ้นได้สำรวจศักยภาพในการเปลี่ยนเหมืองร้างให้เป็นโรงงาน UPHS
• สวิตเซอร์แลนด์: มีสภาพทางธรณีวิทยาที่เหมาะสำหรับการพัฒนา UPHS
• ออสเตรเลีย: กำลังสำรวจ UPHS เพื่อเป็นแนวทางในการสนับสนุนภาคพลังงานหมุนเวียนที่กำลังเติบโต
• สหรัฐอเมริกา: กำลังตรวจสอบโอกาสในการทำ UPHS ในรัฐต่าง ๆ
• จีน: กำลังลงทุนอย่างจริงจังในการกักเก็บพลังงานแบบสูบกลับ ซึ่งรวมถึงทางเลือกใต้ดินด้วย

ข้อดีของ UPHS

• การกักเก็บพลังงานขนาดใหญ่: UPHS สามารถให้ความจุในการกักเก็บพลังงานจำนวนมาก ตั้งแต่หลายร้อยเมกะวัตต์ไปจนถึงหลายกิกะวัตต์
• อายุการใช้งานยาวนาน: โรงงาน UPHS สามารถทำงานได้นานหลายทศวรรษ เป็นโซลูชันการกักเก็บพลังงานระยะยาว
• ความเสถียรของระบบไฟฟ้า: UPHS สามารถช่วยรักษาเสถียรภาพของระบบไฟฟ้าโดยการตอบสนองอย่างรวดเร็วต่อความผันผวนของอุปทานและอุปสงค์พลังงาน
• เป็นส่วนเสริมของพลังงานหมุนเวียน: UPHS สามารถกักเก็บพลังงานหมุนเวียนส่วนเกินที่ผลิตขึ้นในช่วงที่มีการผลิตสูงสุดและปล่อยออกมาเมื่อจำเป็น
• ลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม (เมื่อเทียบกับ PHES บนพื้นผิว): รบกวนพื้นดินและถิ่นที่อยู่น้อยกว่า

ความท้าทายของ UPHS

• ข้อกำหนดทางธรณีวิทยา: UPHS ต้องการชั้นหินทางธรณีวิทยาที่เหมาะสมสำหรับการสร้างอ่างเก็บน้ำใต้ดิน
• ต้นทุนเงินทุนสูง: การก่อสร้าง UPHS อาจต้องใช้เงินลงทุนสูง
• ข้อพิจารณาด้านสิ่งแวดล้อม: ต้องพิจารณาอย่างรอบคอบถึงผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นต่อสิ่งแวดล้อมจากการก่อสร้างใต้ดินและการใช้น้ำ
• ความพร้อมของแหล่งน้ำ: UPHS ต้องการแหล่งน้ำที่เชื่อถือได้

เทคโนโลยีการผลิตไฟฟ้าใต้ดินอื่น ๆ

นอกเหนือจากพลังงานความร้อนใต้พิภพและ UPHS แล้ว ยังมีเทคโนโลยีการผลิตไฟฟ้าใต้ดินอื่น ๆ ที่กำลังเกิดขึ้น:

การกักเก็บพลังงานโดยใช้ลมอัดใต้ดิน (CAES)

CAES เกี่ยวข้องกับการอัดอากาศและเก็บไว้ในโพรงใต้ดิน เช่น โดมเกลือ หรือชั้นหินอุ้มน้ำ เมื่อต้องการไฟฟ้า อากาศอัดจะถูกปล่อยออกมา ทำให้ร้อน และใช้ในการขับเคลื่อนกังหันเพื่อผลิตพลังงาน CAES แบบดั้งเดิมอาศัยก๊าซธรรมชาติในการทำความร้อนให้อากาศ ส่วน Advanced Adiabatic CAES (AA-CAES) จะเก็บความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการอัดและนำกลับมาใช้ใหม่ระหว่างการขยายตัว ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิล

การกักเก็บไฮโดรเจนใต้ดิน (UHS)

ไฮโดรเจนกำลังถูกสำรวจในฐานะพาหะพลังงานสะอาด การกักเก็บไฮโดรเจนใต้ดินในโพรงเกลือ แหล่งน้ำมันและก๊าซที่หมดสภาพแล้ว หรือชั้นหินอุ้มน้ำ ถือเป็นองค์ประกอบสำคัญของเศรษฐกิจไฮโดรเจนในอนาคต ไฮโดรเจนที่เก็บไว้สามารถนำไปใช้ในเซลล์เชื้อเพลิงเพื่อผลิตไฟฟ้าหรือเพื่อการใช้งานอื่น ๆ ความท้าทายรวมถึงการรั่วไหลของไฮโดรเจนและการรักษาความบริสุทธิ์ของไฮโดรเจนที่เก็บไว้

โรงไฟฟ้าใต้ดิน (โรงไฟฟ้าในโพรงถ้ำ)

ในบางกรณี โรงไฟฟ้าทั่วไปถูกสร้างขึ้นใต้ดิน โดยทั่วไปจะอยู่ในโพรงถ้ำ ซึ่งมีข้อดีในแง่ของการใช้ที่ดิน ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม และความปลอดภัย โรงไฟฟ้าเหล่านี้สามารถใช้แหล่งเชื้อเพลิงได้หลากหลาย รวมถึงเชื้อเพลิงฟอสซิล พลังงานนิวเคลียร์ หรือแม้แต่ชีวมวล

อนาคตของการผลิตไฟฟ้าใต้ดิน

เทคโนโลยีการผลิตไฟฟ้าใต้ดินมีศักยภาพที่จะมีบทบาทสำคัญในการเปลี่ยนแปลงด้านพลังงานของโลก ในขณะที่โลกกำลังพยายามลดการปล่อยคาร์บอนในระบบพลังงานและเพิ่มความมั่นคงทางพลังงาน เทคโนโลยีเหล่านี้มีข้อได้เปรียบที่น่าสนใจหลายประการ:

• เพิ่มเสถียรภาพของระบบไฟฟ้า: เทคโนโลยีการผลิตไฟฟ้าใต้ดิน โดยเฉพาะอย่างยิ่งพลังงานความร้อนใต้พิภพและ UPHS สามารถให้พลังงานไฟฟ้าฐานและการกักเก็บพลังงาน ช่วยรักษาเสถียรภาพของระบบไฟฟ้าและบูรณาการแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่ไม่สม่ำเสมอ
• ลดการใช้ที่ดิน: โรงงานใต้ดินช่วยลดพื้นที่บนพื้นผิวของโครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงาน ทำให้มีที่ดินเหลือสำหรับใช้ประโยชน์อื่น ๆ
• เพิ่มความมั่นคงทางพลังงาน: ทรัพยากรใต้ดินสามารถเป็นแหล่งพลังงานที่เชื่อถือได้และมีอยู่ภายในประเทศ ซึ่งช่วยลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงนำเข้า
• ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมต่ำกว่า: เทคโนโลยีการผลิตไฟฟ้าใต้ดินสามารถลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอื่น ๆ เมื่อเทียบกับเชื้อเพลิงฟอสซิล
• นวัตกรรมและความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี: การวิจัยและพัฒนาอย่างต่อเนื่องกำลังช่วยลดต้นทุนและปรับปรุงประสิทธิภาพของเทคโนโลยีการผลิตไฟฟ้าใต้ดิน

สรุป

การผลิตไฟฟ้าใต้ดินไม่ใช่แนวคิดแห่งโลกอนาคตอีกต่อไป แต่เป็นองค์ประกอบที่เป็นไปได้และมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อย ๆ ในภูมิทัศน์พลังงานโลก เมื่อเทคโนโลยีพัฒนาเต็มที่และต้นทุนลดลง การผลิตไฟฟ้าใต้ดินก็พร้อมที่จะมีบทบาทสำคัญในการสร้างอนาคตพลังงานที่ยั่งยืนและยืดหยุ่น การนำแนวทางเชิงนวัตกรรมเหล่านี้มาใช้ในการผลิตและกักเก็บพลังงานจะเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อตอบสนองความต้องการพลังงานที่เพิ่มขึ้นของโลก ในขณะเดียวกันก็ลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและสร้างความมั่นคงทางพลังงาน ศักยภาพในการใช้ประโยชน์จากพลังงานที่ซ่อนอยู่ใต้พิภพนั้นมีมหาศาล และการทำให้เป็นจริงได้อย่างเต็มที่ย่อมเป็นหลักประกันถึงอนาคตพลังงานที่สะอาดขึ้น เชื่อถือได้มากขึ้น และยั่งยืนสำหรับทุกคน