เทคโนโลยีพลังงาน ศิริสรรพ เหล่าหะเกียรติ ภาควิชาวิทยาศาสตร์ทวั่ ไป คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ชนิดของแหล่ งพลังงาน • พลังงานหมุนเวียน (Renewable energy) เกิดทดแทนใหม่ได้อีกในระยะเวลาอันสั้น หรื อเกิดตามฤดูกาล ใช้ได้ ไม่หมดสิ้ น เช่น น้ า แสงอาทิตย์ ลม ผลิตภัณท์ทางการเกษตร เป็

Download Report

Transcript เทคโนโลยีพลังงาน ศิริสรรพ เหล่าหะเกียรติ ภาควิชาวิทยาศาสตร์ทวั่ ไป คณะวิทยาศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ชนิดของแหล่ งพลังงาน • พลังงานหมุนเวียน (Renewable energy) เกิดทดแทนใหม่ได้อีกในระยะเวลาอันสั้น หรื อเกิดตามฤดูกาล ใช้ได้ ไม่หมดสิ้ น เช่น น้ า แสงอาทิตย์ ลม ผลิตภัณท์ทางการเกษตร เป็

เทคโนโลยีพลังงาน
ศริ ส
ิ รรพ เหล่าหะเกียรติ
ภาควิชาวิทยาศาสตร์ทั่วไป คณะ
วิทยาศาสตร์
จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
ชนิ ดของแหล่งพลังงาน
• พลังงานหมุนเวียน (Renewable energy)
ั ้ หรือ
เกิดทดแทนใหม่ได ้อีกในระยะเวลาอันสน
้ ้ไม่หมดสน
ิ้ เชน
่ น้ า
เกิดตามฤดูกาล ใชได
แสงอาทิตย์ ลม ผลิตภัณท์ทางการเกษตร เป็ น
ต ้น
ิ้ เปลือง (Non – renewable
• พลังงานสน
energy)
้ ้วหมดสน
ิ้ ไป ไม่
แหล่งกาเนิดพลังงานทีใ่ ชแล
ั้
สามารถเกิดทดแทนได ้ในระยะเวลาอันสน
้
แหล่งพลังงานสินเปลื
อง
• ปิ โตรเลียม หมายความถึง น้ ามันดิบ และ
กาซธรรมชาติเหลว ลักษณะเป็ นของเหลวกึง่
หนื ด
ื่ ว่าเกิดจากการสลายตัวของอินทรียสาร เชน
่
• เชอ
ั ว์ ทีท
พืช-สต
่ ับถม
• การกลั่นแบบลาดับสว่ น (Fractional Distillation)
แยกผลิตภัณท์ของน้ ามันดิบออกจากกัน
เนือ
่ งจาก ผลิตภัณท์ชนิดต่างๆ มีจด
ุ เดือดที่
แตกต่างกันออกไป
• ผลิตภัณท์จากการกลั่นน้ ามัน
่
่ ดทีได้
่ จากการ
– กาซ LPG ได้ในส่วนทีเบาที
สุ
่ ใช้สาหร ับการหุงต้ม
กลัน
– แนพธาเบา น้ ามันเบนซินธรรมดา
่ องนาไป
– แนพธาหนัก เป็ นน้ ามันเบนซินทีต้
่
่ าออกเทน
ปร ับปรุงคุณภาพ เพือเพิ
มค่
– น้ ามันก๊าด นาไปใช้สาหร ับจุดไฟ หรือ
้
่
นาไปใช้เป็ นน้ ามันเชือเพลิ
งของเครืองยนตร
์
เจท
– น้ ามันดีเซล
Gasohol: gasoline 90% + ethanol 10%
้
การผลิตแก๊สโซฮอล ์ตามขันตอนของ
โครงการส่วน
พระองค ์ สวนจิตรดา
• เอทานอล 200 ลิตร + สารป้ องก ันการก ัดกร่อน
30 กร ัม + น้ ามันเบนซิน 91 1800 ลิตร จะได้ แก๊ส
โซฮอล ์ 2000 ลิตร
Biodiesel
้
่ จากน้ ามันพืช หรือ สัตว ์ ทีผ่
่ าน
เชือเพลิ
งทีได้
ปฏิกริยา Esterification เป็ นสารเอสเทอร ์ที่
นามาใช้แทนน้ ามันดีเซล
ื้ เพลิงเพือ
• นอกจากนีย
้ ังมีการพัฒนาเชอ
่ ใชกั้ บ
เครือ
่ งยนตร์ดเี ซลแบบอืน
่ ๆอีก
• การพัฒนา ดีโซฮอล์ ทีโ่ ครงการสว่ นพระองค์
สวนจิตรดา โดยผสมน้ ามันดีเซล กับ เอทานอล
้
• โครงการการใชน้ ้ ามันปาล์มบริสท
ุ ธิม
์ าใชงาน
แทนน้ ามันดีเซล เป็ นต ้น
กาซธรรมชาติ
• เกิดจากการแปรสภาพของสารอินทรีย ์
เหมือนกับปิ โตรเลียม
• ประกอบด ้วย มีเทน อีเทน เป็ นสว่ นใหญ่ ซงึ่ มี
สถานะเป็ นกาซทีอ
่ ณ
ุ หภูมป
ิ กติ
• ผลิตภัณท์ทไี่ ด ้จากการแยกกาซธรรมชาติ
้ นเชอ
ื้ เพลิง
– กาซมีเทน ใชเป็
– กาซอีเทน ใชส้ าหรับผลิตเอธทีลน
ี
– กาซปิ โตรเลียมเหลว และ โพรเพน
• ถ่านหิน
่ ดไฟได้ง่าย
– หินทีติ
้ สาร
– ประกอบด้วย ธาตุคาร ์บอน ความชืน
ระเหย กามะถัน
– ชนิ ดของถ่านหิน
่ สุ
่ ด ให้ความร ้อนตา
่
• ลิกไนต ์ คุณภาพตาที
3000-8300 BTU/Lb
• ซ ับบิทูมน
ิ ส
ั 8300-11500 BTU/Lb
• บิทูมน
ิ ส
ั มากกว่า 11000 BTU/Lb
• แอนทราไซต ์ คุณภาพดีทสุ
ี่ ด มีป ริมาณ
่
คาร ์บอนมากกว่าร ้อยละ 86 สารระเหยตา
กว่า ร ้อยละ 14
การเผาใหม้ถา
่ นหิน
– C + O2  CO2 + heat
– S + O2  SO2 + heat
่ จากการเผาไหม้ถา
– ความร ้อนทีได้
่ นหิน จะ
ได้จากคาร ์บอนเป็ นส่วนใหญ่ ส่วนซ ัลเฟอร ์
้ นอกจากจะให้ความร ้อนตาแล้
่
นัน
วยังให้
แก๊สพิษคือ ซ ัลเฟอร ์ไดออกไซด ์ (SO2) ที่
่
่
เป็ นอ ันตรายต่อสิงแวดล้
อมและเมือละลาย
ในน้ าจะกลายเป็ นกรดซ ัลฟู ริก กัดกร่อน
่ อสร ้างและโลหะต่างๆ ได้
สิงก่
• พลังงานนิ วเคลียส ์
่ อยออกมาจากปฏิก ิรย
• พลังงานทีปล่
ิ านิ วเคลียร ์
เช่นจากปฏิก ิรย
ิ าฟิ สช ันของยู เรเนี ยม 235
• 92U235 + 0N1  37Rb94 + 55Cs140 +
20N1 + Q
่ อยออกมาจากปฏิก ิรย
• Q เป็ นพลังงานทีปล่
ิ า
นิ วเคลียร ์
้ งงานนิวเคลียสจ
์ ะมี
• โรงไฟฟ้ าทีใ่ ชพลั
ิ ธิภาพมากกว่าโรงไฟฟ้ าทีใ่ ชเช
้ อ
ื้ เพลิง
ประสท
ิ มาก
ฟอสซล
• การขจัดกากตะกอน
์ ะให ้กากกัมมันตรังส ี ทัง้ กาซ
– ปฏิกริยานิวเคลียสจ
ของเหลว และของแข็ง
ี า่ ลง
– กาซจะเก็บไว ้ในถังกาซ รอจนกัมมันตรังสต
่ รรยากาศ
จะปล่อยออกสูบ
ี กตะกอน
– ของเหลวจะทาให ้สารกัมมันตรังสต
และระบายของเหลวออกทางระบบระบายน้ าทิง้
ี า่ จนไม่เกิด
เมือ
่ ตรวจพบว่า ปริมาณกัมมันตรังสต
อันตรายแล ้ว
ิ จนกัมมันตรังสส
ี ลายไป
– ของแข็ง เก็บให ้มิดชด
โดยอัดให ้มีปริมาตรขนาดเล็ก และห่อหุ ้มด ้วย
• นอกจากการผลิกกระแสไฟฟ้ าแล ้ว
์ งั สามารถนาไปใช ้
พลังงานนิวเคลียสย
่
ในกิจการด ้านอืน
่ ๆอีก เชน
้
• ใชในการรั
กษาโรคมะเร็ง ไทรอยด์ ใช ้
ึ ษาการเมตาบอลิซม
ึ ของ
ในการศก
ร่างกาย
้
• ใชในการถนอมผั
กและผลไม ้ ยับยัง้
การสุกของผลไม ้ และทาลายจุลน
ิ ทรีย ์
พลังงานหมุนเวียน (Renewable
energy)
• พลังงานลม
่ จะขึนก
้ บ
– พลังงานกลจากลมทีได้
ั ลักษณะของ
ใบพัดของกังหันลม และความเร็วลม
• พลังงานความร ้อนใต้พนโลก
ื้
(geothermal
energy)*
– ภายในเปลือกโลก เป็ นหินหลอมเหลว ในบาง
้ หิ
่ นหลอมเหลวนี สามารถแทรกตั
้
้
พืนที
วขึนมากบริ
เวณเปลือกโลกได้ เราสามารถนาพลังงานความ
้
ร ้อนจากแมกมาเหล่านี มาใช้
ประโยชน์ได้
่
• พลังงานคลืน*
่ ดจากการเคลือนที
่
่
่
– นาพลังงานกลทีเกิ
ของคลื
นมา
ใช้ประโยชน์
พลังงานน้ า
่ ดจากการ
• พลังงานน้ าเป็ นพลังงานกลทีเกิ
้ า โดยมากจะสะสมอยู ่ในรู ป
่
่
ของน
เคลือนที
่
ของพลังงานศ ักย ์ ในเขือนต่
างๆ
่ การปล่อยน้ าออกจากเขือน
่
• เมือมี
น้ าจะใหล
่
่
ลงสู ่ทต
ี่ ากว่
า เปลียนรู
ปเป็ นพลังงานจลน์
• กังหันน้ าทาหน้าทีร่ ับพลังงานจลน์จากน้ าและ
่
่ ดจากการหมุนของ
เปลียนเป็
นพลังงานกลทีเกิ
กังหันน้ า
• พลังงานแสงอาทิตย ์
– การใช้พลังงานแสงอาทิตย ์ในรู ปของพลังงาน
ความร ้อน
่
• การใช้พลังงานแสงอาทิตย ์เพือสร
้างไฟฟ้า
่ วั นา
• เซลแสงอาทิตย ์ทาจากอุปกรณ์สารกึงต
เช่น ซิลก
ิ อน แคดเมียมซ ัลไฟด ์ แกลเลียมอา
เซนไนด ์
่
• เมือเซลแสงอาทิ
ตย ์ได้ร ับพลังงานจาก
่
่ าให้เกิด
แสงอาทิตย ์ อิเล็กตรอนจะเคลือนที
ท
้
กระแสไฟฟ้าขึน
่ า
การแปลงพลังงานและระบบทีท
่
หน้าทีแปลงพลั
งงาน
• แปลงพลังงานจากรูปแบบหนึง่ มาเป็ น
้
พลังงานในรูปแบบทีใ่ ชประโยชน์
ได ้
กฎของอุณหพลศาสตร ์
• หลักการแปลงพลังงาน
– กฎข ้อ 1 Q  W  E
งาน ความร ้อน
และ พลังงานมีความเท่าเทียมกัน
– พลังงานสามารถแปลงรู ปได้
– หลักการอนุรักษ์พลังงาน
– กฎข ้อ 2 ในการแปลงพลังงานแต่ละครัง้ เราต ้อง
ี พลังงานบางสว่ นให ้กับสงิ่ แวดล ้อมเสมอ
สูญเสย
ั ดาปภายใน
เครือ
่ งยนตร์สน
• เครือ
่ งยนตร์แบบ SI (spark ignition)
• เครือ
่ งยนตร์แบบ CI (compression ignition)
ั เชอ
ื้ เพลิง
• สร ้างพลังงานโดยอาศย
ขัน
้ ตอนการแปลงพลังงานของ
เครือ
่ งยนตร์
พลังงานเคมี พลังงานภายในพันธะของ
้
โมเลกุลของเชือเพลิ
ง
พลังงานความร ้อนเนื่องจากการเผาใหม้เชือ้
่
่
พลังงานกลเนื่องจากการเคลือนที
ของลู
กส
ั ดาปภายใน
เครือ
่ งยนตร์สน
•
หลักการทางานของเครือ
่ งยนตร์
ื้ เพลิงและอากาศเข ้าไปในกระบอก
– การรับเอาเชอ
สูบ
ื้ เพลิงให ้มีความดันสูง ทาให ้
– อัดอากาศและเชอ
เกิดแรงระเบิดมากพอทีจ
่ ะทาให ้เครือ
่ งยนตร
สามารถทางานได ้
ื้ เพลิงภายในกระบอกสูบและอากาศเกิดการ
– เชอ
ระเบิดขึน
้ (ซงึ่ อาจเกิดเนือ
่ งจากการใชหั้ วเทียนจุด
ระเบิดในเครือ
่ งแบบ SI หรือเกิดเนือ
่ งจากการอัด
อากาศในเครือ
่ งยนตร์แบบ CI
ี และเชอ
ื้ เพลิงหลังจากเกิดการ
– คายอากาศเสย
1
2
4
3
่
มลพิษจากเครืองยนตร
์
• ก๊าซคาร ์บอนมอนนอกไซด ์
การเผาใหม้ท ี่
ไม่สมบู รณ์
่
• ไฮโดรคาร ์บอน
สารตกค้างทีเหลื
อ
จากการเผาใหม้
• ไนโตรเจนออกไซด ์
อุณหภู มใิ นการเผา
่
ใหม้สูง ก็จะเกิดไนโตรเจนออกไซด ์ยิงมาก
เครือ
่ งกาเนิดไฟฟ้ า
• พลังงานไฟฟ้ าสามารถแปลงเป็ นพลังงาน
รูปแบบอืน
่ ได ้มากมาย
• ระบบการสง่ พลังงานไฟฟ้ า เป็ นระบบทีม
่ ี
ิ ธิภาพสูงมากและมีคา่ ใชจ่้ ายตา่
ประสท
่ การใชเซล
้
• ไฟฟ้ าอาจเกิดได ้หลายวิธ ี เชน
แสงอาทิตย์ การสร ้างพลังงานไฟฟ้ าจาก
ปฏิกริยาไฟฟ้ าเคมี หลักการแปลงพลังงานกล
เป็ นพลังงานไฟฟ้ า
S
พลังงา
นกล
N
พลังงาน
ไฟฟ้า
=
การเก็บสะสมพลังงาน
• แบตเตอรี่
่ การทางานเป็ นสองโมด คือ โมดจ่าย
– แบตเตอรีมี
พลังงาน (discharge) และโมดเก็บพลังงาน
(charge)
้
– ขัวอาโนด
Pb + SO42- --> PbSO4 + 2e้
– ขัวคาโธด
PbO2 + 4H+ + SO42-+ 2e--->
PbSO4 + 2H2O
้
เซลเชือเพลิ
ง (fuel cell)
• สร ้างไฟฟ้ าขึน
้ มาจากปฏิกริยาเคมี
ื้ เพลิงจะสร ้างไฟฟ้ าจากปฎิกริยาการ
• เซลเชอ
รวมอิออนของ ไฮโดรเจนเข ้ากับอะตอมของ
ออกซเิ จน
้ าปฏิกริยาของเซลเชอ
ื้ เพลิงจะได ้รับ
• สารทีใ่ ชท
จากภายนอก
ื้ เพลิงแบบ
การทางานของเซลเชอ
คาร์บอเนต
ื้ เพลิง
• การสร ้างไฮโดรเจนให ้กับเซลเชอ
– CH4 + H2O --> 3H2+CO
– กริยาทีข
่ วั ้ อาโนด
– H2+CO3- --> H2O +CO2+ 2e– CO+ CO3- --> 2 CO2+2e– ปฏิกริยาทีข
่ วั ้ คาโธด
– ½ O2+ CO2+ 2e- --> CO3-
Natural gas
CH 4
H2
O2
e
e
H 2O +
-
-
ปั๊มไฮโดร (Pump Hydro)
ปั ญหาของแหล่งพลังงาน
้ ้อีกประมาณ 42 ปี แก๊สธรรมชาติม ี
• น้ ามันใชได
้ ้อีก 64 ปี และถ่านหินมีพอใชได
้ ้อีก
พอใชได
220 ปี