รู้จัก Energy Storage System ระบบกักเก็บพลังงานกับการประยุกต์ใช้ในอาคารอย่างมีประสิทธิภาพ

ค่าไฟแพง ส่งผลให้ต้นทุนเพิ่มสูงขึ้น การนำพลังงานทดแทน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานลม จึงถูกพูดถึงมากขึ้นเรื่อย ๆ แต่ด้วยความที่พลังงานเหล่านี้ยังมีข้อจำกัด จึงทำให้พลังงานไฟฟ้าที่ผลิตมาเสียเปล่าไป หรือไม่สามารถใช้ได้อย่างเต็มที่

‘ระบบกักเก็บพลังงาน’ (Energy Storage System: ESS) จึงถือเป็นหัวใจสำคัญที่ช่วยในการบริหารจัดการพลังงานหมุนเวียน ที่ไม่สามารถผลิตไฟฟ้าได้ตลอดเวลา ให้สามารถสั่งจ่ายไฟฟ้าได้ 24 ชั่วโมง ช่วยลดความผันผวนของกระแสไฟฟ้า ที่ผลิตจากพลังงานทดแทนให้มีความเสถียรมากขึ้น และยังเปรียบเสมือน Power Bank พลังงานสำรอง เข้าไปเสริมระบบเมื่อมีความต้องการใช้ไฟฟ้าเพิ่มขึ้น สู่การนำไปประยุกต์ใช้ในอาคารของผู้ประกอบการและ SME เพื่อลดต้นทุนและสร้างความยั่งยืน (Sustainability) ด้านพลังงาน

ระบบกักเก็บพลังงาน (Energy Storage System: ESS)

คือ ระบบ อุปกรณ์ วิธีการ หรือเทคโนโลยีที่ใช้ในการกักเก็บพลังงานไฟฟ้า ซึ่งแนวคิดของระบบกักเก็บพลังงานนี้ เกิดขึ้นจากการขาดสมดุลระหว่างการผลิต (Supply) และการใช้ไฟฟ้า (Demand) อันเนื่องมาจากความผันผวนของแหล่งพลังงานหมุนเวียน ซึ่งเป็นปัจจัยที่อยู่เหนือการควบคุมของมนุษย์ เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ที่สามารถผลิตได้ในช่วงกลางวันที่มีแสงแดด แต่ไม่สามารถผลิตไฟฟ้าได้ในช่วงกลางคืน หรือพลังงานลมที่มีกำลังผลิตสูงในช่วงเช้ามืดที่มีลมพัด แต่กลับเป็นช่วงที่มีความต้องการในการใช้พลังงานต่ำ ระบบกักเก็บพลังงานจึงเข้ามามีบทบาทสำคัญในการบริหารจัดการพลังงานหมุนเวียนที่ยังคงมีข้อจำกัด ให้สามารถรองรับความต้องการใช้งานในแต่ละช่วงเวลานั่นเอง

ESS ทำงานอย่างไร?

หลักการทำงานของระบบกักเก็บพลังงาน คือ การกักเก็บพลังงานในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่งเพื่อนำไปตอบสนองความต้องการพลังงานในอีกช่วงเวลาหนึ่ง โดยหนึ่งในคุณสมบัติสำคัญของระบบกักเก็บพลังงาน ก็คือความสามารถในการแปลงพลังงานไฟฟ้าให้อยู่ในรูปพลังงานอื่น ๆ อาทิ โรงไฟฟ้าพลังน้ำที่แปลงพลังงานไฟฟ้าที่เหลือใช้จากการผลิต และกักเก็บไว้ในรูปของพลังงานศักย์ด้วยการสูบน้ำไปเก็บไว้บนที่สูง เพื่อใช้เป็นแหล่งผลิตไฟฟ้าสำรองในช่วงที่มีการใช้ไฟฟ้าสูงสุด (Peak Load) เป็นต้น โดยส่วนใหญ่จะมีการติดตั้งระบบไว้ ณ โรงไฟฟ้า หรือติดตั้งร่วมกับระบบสายส่ง หรือระบบจำหน่าย เป็นต้น ซึ่งระบบกักเก็บพลังงานจะช่วยยกระดับการบริหารจัดการ ทั้งในฝั่งของอุปสงค์พลังงาน และอุปทานพลังงานให้มีความสัมพันธ์กันได้เป็นอย่างดี

ประเภทของระบบกักเก็บพลังงาน

1. ระบบกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี (Battery Energy Storage System : BESS) 

เป็นการปรับปรุงระบบส่งไฟฟ้า โดยการติดตั้งระบบกักเก็บพลังงาน เพื่อลดปัญหาการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียนที่ไม่สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้อย่างสม่ำเสมอ โดยแบตเตอรีจะทำหน้าที่เก็บสะสมพลังงานส่วนเกินจากระบบส่ง ด้วยการกักเก็บประจุไว้ในแบตเตอรีในช่วงเวลาที่มีความต้องการใช้ไฟฟ้าต่ำ เพื่อนำมาใช้จ่ายไฟในช่วงเวลาที่ต้องการ ช่วยลดความผันผวนของกระแสไฟฟ้าและทำให้ระบบสามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าได้มั่นคงและต่อเนื่องยิ่งขึ้น

2. โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับ (Pumped Storage Hydro Plant)

เป็นโรงไฟฟ้าพลังน้ำที่มีเครื่องสูบน้ำ มีหลักการทำงานคือ การนำกระแสไฟฟ้าจากระบบการผลิตในช่วงที่มีการใช้ไฟฟ้าน้อยมาใช้สูบน้ำจากอ่างเก็บน้ำที่มีอยู่เดิม ขึ้นไปเก็บพักไว้ในอ่างพักน้ำตอนบนที่สร้างขึ้นใหม่ แล้วปล่อยน้ำลงมาผ่านเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ในช่วงที่มีความต้องการใช้ไฟฟ้าสูงในแต่ละวัน ถือเป็นระบบกักเก็บพลังงานไฟฟ้ารูปแบบหนึ่ง ที่มีต้นทุนต่อหน่วยไฟฟ้าต่ำและปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์จากการผลิตไฟฟ้าน้อยกว่าระบบอื่น

3. ระบบกักเก็บพลังงานด้วยเซลล์เชื้อเพลิงร่วมกับพลังงานลม (Wind Hydrogen Hybrid System)

เป็นการกักเก็บพลังงานไฟฟ้าในรูปแบบก๊าซไฮโดรเจน เมื่อกังหันลมผลิตไฟฟ้าได้มากเกินความต้องการของระบบ ไฟฟ้าจะถูกนำไปจ่ายให้กับเครื่อง Electrolyser หรือเครื่องแยกน้ำด้วยไฟฟ้า ซึ่งจะทำหน้าที่แยกน้ำ (H2O) ที่อยู่ที่เครื่อง Electrolyser ออกเป็นก๊าซออกซิเจน (O2) และก๊าซไฮโดรเจน (H2) โดยที่ก๊าซไฮโดรเจนจะถูกนำไปกักเก็บในถังบรรจุก๊าซไฮโดรเจน ก่อนนำก๊าซไฮโดรเจนมาผลิตไฟฟ้าโดยผ่านเซลล์เชื้อเพลิง (Hydrogen Fuel Cell) เพื่อจ่ายไฟฟ้าในช่วงที่มีความต้องการไฟฟ้าสูง โดยส่วนมากแล้ว กังหันลมมักจะผลิตไฟฟ้าได้มากในช่วงเวลากลางคืน ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่ความต้องการไฟฟ้าต่ำ จึงนำพลังงานที่ผลิตได้นี้มาเก็บไว้

 

ESS กับการนำไปใช้ประโยชน์

1. การนำระบบกักเก็บพลังงานมาใช้ในการสำรองไฟฟ้าเพื่อรองรับเหตุฉุกเฉิน โดยเฉพาะโรงพยาบาล ที่ไฟฟ้ามีผลต่อการรอดชีวิตของผู้ป่วย ผู้ประกอบการและ SME รวมไปถึงโรงงานอุตสาหกรรมที่ต้องผลิตสินค้าอย่างต่อเนื่อง

2. การกักเก็บพลังงานหมุนเวียนภายในภาคครัวเรือน ที่อาจกระตุ้นให้คนหันมาใช้พลังงานสะอาดมากขึ้นเพราะไม่ต้องเสียพลังงานที่ผลิตไปฟรี ๆ ประชาชนไม่ต้องเดือดร้อนเมื่อไฟดับ และมีแนวโน้มจ่ายค่าไฟถูกลง อีกทั้งยังเป็นการส่งเสริมการใช้รถยนต์ไฟฟ้าทางอ้อมอีกด้วย

3. การสร้างเสถียรภาพในการใช้ไฟฟ้าทุกพื้นที่ให้เท่ากัน ไม่ว่าจะเป็นในเมือง พื้นที่ห่างไกล หรือบนเกาะ ทุกพื้นที่จะเข้าถึงไฟฟ้าได้โดยไม่มีพื้นที่ใดพื้นที่หนึ่งเสี่ยงไฟดับบ่อย ๆ หรือไฟฟ้าไม่พอใช้

ปัจจุบันด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยีส่งผลให้ผู้ใช้ไฟฟ้าบางส่วน เริ่มผันตัวเองมาเป็นโปรซูเมอร์ (Prosumer) นั่นคือ มีการติดตั้งแหล่งผลิตไฟฟ้าขนาดเล็กเป็นของตนเอง ด้วยบทบาทเป็นทั้งผู้บริโภคไฟฟ้าและผู้ผลิตไฟฟ้า ซึ่งส่วนใหญ่ระบบผลิตไฟฟ้าเหล่านี้จะอยู่ในรูปของพลังงานหมุนเวียน เช่น ระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบติดตั้งบนหลังคา ที่ไม่สามารถผลิตไฟฟ้าในเวลาและปริมาณที่ต้องการได้อย่างเสมอไป เพราะการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ ทำได้เฉพาะในช่วงเวลากลางวัน หลังจากพระอาทิตย์ขึ้นและจะสูงสุดในช่วงเที่ยงวัน ซึ่งมีความเข้มของแสงสูงสุด หลังจากนั้นจะลดลงจนกระทั่งพระอาทิตย์ตกดิน 

ทั้งนี้ รูปแบบการผลิตไฟฟ้าดังกล่าวอาจจะไม่สอดคล้องกับรูปแบบการใช้ไฟฟ้าของโปรซูเมอร์รายนั้น เพราะในบ้านอาจไม่มีคนอยู่อาศัยในช่วงกลางวันที่มีความต้องการไฟฟ้าน้อยมาก แต่ระบบผลิตไฟฟ้ากลับมีกำลังการผลิตไฟฟ้าสูงสุดในช่วงนั้น อย่างไรก็ตาม เมื่อมีการนำระบบกักเก็บพลังงานมาใช้ จะสามารถนำไฟฟ้าที่ผลิตได้มากมากักเก็บไว้ก่อน ในช่วงที่ยังไม่มีความต้องการใช้ไฟฟ้า จากนั้นจึงใช้ไฟฟ้าที่กักเก็บไว้ในช่วงเย็นหรือหัวค่ำ ซึ่งก็จะสามารถแก้ไขปัญหาการผลิตและการใช้ไฟฟ้าได้อย่างสอดคล้องเต็มประสิทธิภาพ โดยในอนาคตอันใกล้คาดว่าจะมีโครงการระบบกักเก็บพลังงาน (Energy Storage System) เกิดขึ้นใหม่อีกหลายโครงการ ผู้ประกอบการและ SME ให้ความสนใจเป็นอย่างมาก สู่การเติบโตอย่างรวดเร็ว เนื่องจากราคาของแบตเตอรีลิเธียมไอออน (Lithium Ion Battery) ที่นำมากักเก็บพลังงานมีแนวโน้มจะลดลงค่อนข้างมากนั่นเอง

ซึ่งในอดีต องค์กรความร่วมมือระหว่างประเทศของเยอรมัน (GIZ) และกระทรวงพลังงาน ได้ร่วมมือกันพัฒนาและการดำเนินโครงการพลังงานทดแทนในระดับชุมชน โดยเปลี่ยนจากระบบกักเก็บพลังงานในแบตเตอรีแบบตะกั่วกรด (Lead-acid Battery) ซึ่งมีสารโลหะหนัก สารพิษ ไอพิษ หรือสารตกค้างอื่น ๆ มาเป็นนวัตกรรมการกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรีลิเทียมไอออน กับการใช้ในระบบโซลาร์เซลล์ นำมาใช้จริง ณ ตำบลป่าเด็ง อำเภอแก่งกระจาน จังหวัดเพชรบุรี เนื่องจากกว่าครึ่งตำบลที่อยู่ในเขตพื้นที่อุทยาน ไฟฟ้าสายส่งเข้าไม่ถึง สู่การสร้างความยั่งยืน (Sustainability) ด้านพลังงานให้กับชุมชน เป็นต้นแบบให้ผู้ประกอบการนำ Energy Storage System มาปรับใช้จริงได้เป็นอย่างดี

แหล่งอ้างอิง : การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.), สํานักงานนโยบายและแผนพลังงาน (สนพ.) กระทรวงพลังงาน

http://www.eppo.go.th/index.php/th/component/k2/item/17421-news-241064-01 

https://www.greennetworkthailand.com/%E0%B8%A3%E0%B8%B0%E0%B8%9A%E0%B8%9A%E0%B8%81%E0%B8%B1%E0%B8%81%E0%B9%80%E0%B8%81%E0%B9%87%E0%B8%9A%E0%B8%9E%E0%B8%A5%E0%B8%B1%E0%B8%87%E0%B8%87%E0%B8%B2%E0%B8%99/ 

https://tdri.or.th/wp-content/uploads/2019/11/Grid-Energy-Storage.pdf 

https://www.greennetworkthailand.com/solar-energy-all-the-facts-lipsum-generator-04/ 

https://www.ucsusa.org/resources/how-energy-storage-works