- Energy Dome จากอิตาลีพัฒนาระบบกักเก็บพลังงานระยะยาวด้วย CO₂ ที่ทำให้การกักเก็บพลังงานหมุนเวียนในระดับ โครงข่ายไฟฟ้า เป็นจริง
- โรงงานเชิงพาณิชย์แห่งแรกบนเกาะซาร์ดิเนียอัดและขยาย CO₂ 2,000 ตัน ภายในระบบปิด เพื่อผลิตไฟฟ้าได้ 200MWh
- Google, NTPC ของอินเดีย, Alliant Energy ของสหรัฐฯ มีแผนติดตั้งในหลายประเทศตั้งแต่ปี 2026 เพื่อนำไปใช้จ่ายไฟให้ดาต้าเซ็นเตอร์และที่อยู่อาศัย
- แบตเตอรี่ CO₂ ไม่ติดข้อจำกัดด้านภูมิประเทศและไม่ต้องใช้แร่หายาก มีอายุการใช้งานยาวกว่าลิเธียมไอออนราว 3 เท่า และต้นทุนต่ำกว่าราว 30%
- กำลังเร่งให้ การกักเก็บพลังงานระยะยาว (LDES) เข้าสู่เชิงพาณิชย์เร็วขึ้น และถูกมองเป็นเทคโนโลยีสำคัญในการชดเชยความไม่เสถียรของพลังงานหมุนเวียน
โครงสร้างและหลักการทำงานของแบตเตอรี่ CO₂
- โรงงานในเขตโอตานา บนเกาะซาร์ดิเนีย เป็นระบบหมุนเวียนที่ อัด ทำให้เป็นของเหลว และขยาย CO₂ ภายในโดมปิดผนึก
- ระหว่างการอัด CO₂ จะถูกเพิ่มความดันถึงประมาณ 55bar แล้วทำให้เย็นก่อนเก็บในสถานะของเหลว
- ระหว่างการคายประจุ จะให้ความร้อนกับ CO₂ เหลวให้กลายเป็นก๊าซเพื่อขับ กังหันขยายตัวของก๊าซ และผลิตไฟฟ้า
- กระบวนการชาร์จและคายประจุทั้งหมดใช้เวลาประมาณ 10 ชั่วโมง และสามารถเดินระบบซ้ำได้เป็นรอบรายวัน
- CO₂ ที่ใช้เป็น ก๊าซบริสุทธิ์จากการผลิต จึงไม่มีสิ่งเจือปนหรือความชื้น ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงการกัดกร่อนของอุปกรณ์
แผนการขยายตัวทั่วโลก
- NTPC Limited ของอินเดียมีแผนสร้างโรงงานต่างประเทศแห่งแรกให้เสร็จในปี 2026 ที่โรงไฟฟ้า Kudgi ในรัฐกรณาฏกะ
- Alliant Energy ของสหรัฐฯ จะเริ่มก่อสร้างในรัฐวิสคอนซินในปี 2026 โดยตั้งเป้าจ่ายไฟให้ 18,000 ครัวเรือน
- Google มีแผนติดตั้งใกล้ดาต้าเซ็นเตอร์หลักในยุโรป สหรัฐฯ และเอเชียแปซิฟิก เพื่อผลักดันการจ่าย พลังงานสะอาดตลอด 24 ชั่วโมง
- ด้วยโครงสร้างแบบโมดูลาร์ที่เป็นมาตรฐาน จึงติดตั้งแบบ “plug and play” ได้
- Google วางแผนใช้เทคโนโลยีนี้เพื่อผลักดันเข้าสู่ ขั้นของการใช้งานเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่
ความจำเป็นของการกักเก็บพลังงานระยะยาว (LDES) และเทคโนโลยีคู่แข่ง
- จำเป็นต้องมีระบบที่เก็บไฟฟ้าส่วนเกินจากพลังงานแสงอาทิตย์และลมไว้ได้นาน เพื่อให้ จ่ายไฟได้มากกว่า 8 ชั่วโมง
- แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ที่ใช้กันอยู่มีข้อจำกัดเรื่องระยะเวลาการเก็บ 4–8 ชั่วโมงและปัญหาด้านความคุ้มค่า
- เทคโนโลยีทางเลือกอย่าง โซเดียม, แบตเตอรี่เหล็ก-อากาศ, แบตเตอรี่โฟลว์วานาเดียม, การกักเก็บ อากาศอัด·ไฮโดรเจน·เมทานอล, และ การกักเก็บแบบแรงโน้มถ่วง กำลังอยู่ระหว่างการวิจัย แต่ยังมีข้อจำกัดด้านการใช้งานเชิงพาณิชย์
- โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับ สามารถกักเก็บระยะยาวได้ แต่มีปัญหาเรื่อง ข้อจำกัดด้านภูมิประเทศและระยะเวลาก่อสร้างที่ยาวนาน
- แบตเตอรี่ CO₂ มีข้อดีอย่าง ไม่ขึ้นกับภูมิประเทศ มีซัพพลายเชนรองรับ และคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ
- ถูกกว่าลิเธียมไอออน 30% และมีอายุการใช้งาน ยาวกว่าประมาณ 3 เท่า
การเข้าร่วมของจีนและการแข่งขันด้านเทคโนโลยี
- China Huadian Corp. และ Dongfang Electric Corp. กำลังก่อสร้างโรงงานกักเก็บ CO₂ ในเขตซินเจียง
- ตามรายงานคาดว่ามีขนาด 100MW~1,000MW แต่ยังไม่มีตัวเลขที่ชัดเจน
- Claudio Spadacini ซีอีโอของ Energy Dome กล่าวว่าบริษัทจีนกำลังพัฒนาระบบที่ “คล้ายกันมากแต่มีขนาดใหญ่กว่า”
ความปลอดภัยและข้อพิจารณาด้านสิ่งแวดล้อม
- โดม CO₂ มีความสูงระดับ สนามกีฬา และต้องใช้พื้นที่ กว้างกว่าระบบลิเธียมไอออนที่มีความจุเท่ากันราว 2 เท่า
- ทนลมแรงได้ถึง 160km/h และหากมีการพยากรณ์พายุ ก็สามารถอัดเก็บ CO₂ แล้วทำให้โดม ยุบลงได้ภายในครึ่งวัน
- หากเกิดความเสียหายจน CO₂ รั่วออกมา จะมีการปล่อย CO₂ 2,000 ตัน ซึ่งเทียบเท่ากับ การปล่อยจากเที่ยวบินไป-กลับนิวยอร์ก–ลอนดอน 15 เที่ยว
- ผู้ที่อยู่ใกล้เคียงต้องรักษาระยะห่าง อย่างน้อย 70m
- ซีอีโออธิบายว่าปริมาณการปล่อยนี้ น้อยมากเมื่อเทียบกับการปล่อยจากโรงไฟฟ้าถ่านหิน
คุณลักษณะทางเทคนิคและประสิทธิภาพ
- เทคโนโลยีหลักคือ การซีลเครื่องจักรเทอร์โบ, การกักเก็บพลังงานความร้อน, และการนำความร้อนกลับมาใช้หลังการควบแน่น ซึ่งช่วยให้ ลดต้นทุนและเพิ่มประสิทธิภาพ
- อุปกรณ์ทั้งหมดสามารถจัดหาได้จากซัพพลายเชนอุตสาหกรรมที่มีอยู่แล้ว
- โดมสามารถ ติดตั้งได้ภายในครึ่งวัน และทั้งโรงงานสามารถ สร้างเสร็จได้ภายใน 2 ปี
- ใช้เพียง พื้นที่ราบ 5 เฮกตาร์ ก็สามารถติดตั้งได้ จึงมีข้อจำกัดด้านพื้นที่ไม่มาก
ความหมายในเชิงอุตสาหกรรม
- แบตเตอรี่ CO₂ คือโซลูชันใหม่สำหรับโครงข่ายไฟฟ้าที่ผสาน การกักเก็บระยะยาว ต้นทุนต่ำ และไม่ขึ้นกับภูมิประเทศ
- ช่วยแก้ปัญหา ความไม่ต่อเนื่องของพลังงานหมุนเวียน และช่วยให้ ดาต้าเซ็นเตอร์และโครงข่ายไฟฟ้าระดับประเทศมีเสถียรภาพมากขึ้น
- การเข้าร่วมของ Google และบริษัทพลังงานรายใหญ่ทำให้คาดว่า การใช้งานเชิงพาณิชย์ระดับโลกจะเร่งตัวขึ้น
1 ความคิดเห็น
ความเห็นจาก Hacker News
สำหรับการกักเก็บพลังงานระดับโครงข่ายไฟฟ้า ความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์อย่าง อายุการใช้งาน ค่าเสื่อม และรอบการเปลี่ยนทดแทน สำคัญกว่าประสิทธิภาพ
ลิเธียมไอออนจะเสื่อมหลัง 7~10 ปี หรือ 5,000~7,000 รอบ แต่ถ้าแบตเตอรี่ CO2 อยู่ได้นานเกิน 20 ปี ประสิทธิภาพที่ต่ำกว่าก็อาจไม่ใช่ปัญหาใหญ่
โดยเฉพาะระบบ CO2 สามารถแยก กำลังจ่ายไฟ (ขนาดกังหัน) ออกจาก ความจุการกักเก็บ (ขนาดถัง) ได้ จึงได้เปรียบสำหรับการกักเก็บระดับตามฤดูกาล
แต่ก็น่าเสียดายที่ในบทความไม่มีข้อมูลว่าประสิทธิภาพเปลี่ยนไปอย่างไรตามระยะเวลาการคายประจุ
ถ้ามี ถังเก็บน้ำร้อน อยู่ใกล้ๆ เพื่อเก็บรักษาความร้อนไว้ ก็น่าจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพสำหรับรอบสั้นๆ (ชาร์จกลางวัน คายประจุกลางคืน) ได้
เขียนความจุการกักเก็บของโรงไฟฟ้าพลังน้ำเป็น MW แต่จริงๆ ควรเป็น MWh
ในบทความของ Bloominglobalก็เขียนเป็น 100MW, 1000MW เช่นกัน แต่ถ้ามองเป็นหน่วยพลังงานถือว่าไม่ถูกต้อง
กำลังไฟฟ้า (MW) ไม่สามารถ “เก็บ” ได้ เก็บได้เฉพาะพลังงาน (MWh)
เช่น เก็บ 1GW ไว้ 1 วัน จะเท่ากับ 24GWh ซึ่งในความเป็นจริงแทบไม่มีโรงเก็บพลังน้ำขนาดใหญ่มากแบบนั้น
ดังนั้นประโยคในบทความควรเขียนว่า “กักเก็บได้หลาย GWh และปล่อยไฟได้นานหลายวัน” ถึงจะถูกต้อง
อีกทั้งในบทความของ Bloomberg ก็ระบุ 1GWh ได้ถูกต้องอยู่แล้ว
ถึงอย่างนั้น ในย่อหน้าที่สองก็พูดถึงความต่างระหว่าง MWh กับ MW ไว้อยู่แล้ว
1W=1J/s แล้วทำไมความจุแบตเตอรี่ไม่แสดงเป็นจูลจึงน่าสงสัย
Wh สุดท้ายก็คือ J/s × h เลยดูเป็นหน่วยที่ค่อนข้าง แปลกๆ
ไม่มีตัวเลขประสิทธิภาพ แถมยังมีประโยคไร้หลักฐานทำนองว่า “ลิเธียมไอออนเก็บได้แค่ 4~8 ชั่วโมง”
และยังอธิบายไม่พอว่าทำไมต้องใช้ CO2 แทนไนโตรเจน
การเก็บก๊าซอัดมี การสูญเสียความร้อน สูง ดังนั้นถ้าผูกเข้ากับดาต้าเซ็นเตอร์ที่มีความต้องการทำความเย็นมาก ก็อาจช่วยเพิ่มประสิทธิภาพได้
แค่ความสามารถในการย้ายโหลดไฟฟ้าสำหรับความเย็นไปตามช่วงเวลาก็มีคุณค่าแล้ว
น้ำมีอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรต่ำ จึงมี ประสิทธิภาพการเก็บความร้อนสูง
แม้จะบอกว่าถูกกว่าลิเธียมไอออน 30% แต่ แบตเตอรี่โซเดียม ก็กำลังลดต้นทุนไปจนถูกกว่าหลายเท่าแล้ว ทำให้ความสามารถในการแข่งขันดูไม่ชัดเจน
เหมือนจะได้รับความสนใจเพราะจังหวะเวลาพอดีมากกว่า
แบตเตอรี่ทั่วไปมีต้นทุนกำลังจ่ายและความจุสูงไปพร้อมกัน แต่ระบบ CO2 สามารถเพิ่มความจุได้ราคาถูกเพียงขยายถัง
ดังนั้นจึงเหมาะกับการกักเก็บระยะยาว เช่น การย้ายพลังงานข้ามฤดูกาล
พลังน้ำแบบสูบกลับมีต้นทุนเริ่มต้นสูง แต่ต้นทุนการเดินระบบต่ำในระยะหลายสิบปี
เทคโนโลยีนี้จึงดูเหมือนสร้างมาเพื่อดึงดูดนักลงทุน
หากทำชิ้นส่วนให้เป็นมาตรฐานและผลิตในท้องถิ่น ก็อาจหลีกเลี่ยงภาษีได้ด้วย
เมื่อคำนึงว่าลิเธียมไอออนมีราคาลดลง 80% ในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา ความได้เปรียบนี้อาจอยู่ได้ไม่นาน
ถึงอย่างนั้นก็ยังหวังว่าจะประสบความสำเร็จในวงกว้าง
สุดท้าย CAPEX (ต้นทุนลงทุนอุปกรณ์) ต่างหากที่เป็นหัวใจ
ถ้ามองรวม ต้นทุนตลอดอายุการใช้งาน ความต่างกับลิเธียมไอออนอาจเกิน 30% ก็ได้
โดยเฉพาะ ต้นทุนรีไซเคิล ของลิเธียมไอออนที่สูงกว่ามาก
ถ้าผูกเข้ากับ ระบบทำความร้อน-ความเย็นระดับชุมชน ก็น่าจะยิ่งมีประสิทธิภาพขึ้น
ไม่จำเป็นต้องมีโซลูชันเดียวที่แก้ได้ทุกอย่าง
ทำให้นึกถึงสตาร์ทอัพ LightSail Energy ในอดีต
จุดต่างครั้งนี้คือการใช้ CO2 บริสุทธิ์ การทำระบบให้มีขนาดใหญ่ขึ้น และการจัดการความร้อนที่ดีขึ้น
บอกว่าต้นทุนอุปกรณ์จ่ายกำลังกับภาชนะกักเก็บแยกจากกัน แต่ก็ไม่ได้เปิดเผยตัวเลขจริง
แม้เทียบกับถังเพนต์บอลก็ยังมีประสิทธิภาพดีกว่าอากาศอัด
แต่ การสูญเสียพลังงานในขั้นรีควบแน่น เป็นตัวแปรสำคัญ
ถึงอย่างนั้น ถ้าเป็นระบบวงปิดก็น่าจะสูญเสียไม่มาก
ยิ่งเก็บไว้นาน การสูญเสียจากการระบายความเย็น ก็อาจยิ่งมาก
สุดท้ายไฟฟ้าอาจเป็นฝั่งลิเธียม/โซเดียมไอออน ส่วนความร้อนอาจเป็น การกักเก็บด้วยทรายหรือดิน มากกว่า
สุดท้ายเทคโนโลยีนี้มีเป้าหมายเพื่อเป็น ระบบกักเก็บเสริมให้พลังงานหมุนเวียน
ปริมาณ 2,000 ตันคิดเป็นปริมาตรราว 1 ล้าน㎥ และเพราะหนักกว่าอากาศจึงจะนอนอยู่ใกล้พื้น
อาจมีความเสี่ยงต่อการขาดอากาศหายใจแบบเหตุการณ์ Lake Nyos
จึงอันตรายน้อยกว่าก๊าซเฉื่อยอย่างอาร์กอน แต่ถ้ารั่วครั้งใหญ่ก็ยังอาจถึงตายได้
แม้โดมระเบิดก็ปล่อยก๊าซเทียบเท่าราว 15 เที่ยวบินข้ามแอตแลนติก และถ้าอยู่ห่าง 70 เมตรก็ปลอดภัย
ไม่ใช่ภัยพิบัติระดับ Bhopal
แม้เสียหายจากเฮอริเคนหรือลมแรง ลมก็จะช่วยพัด CO2 ให้กระจายออก และยังลดความเสี่ยงได้ด้วยเครื่องตรวจจับการรั่วกับหน้ากากออกซิเจน
แผง 960W จำนวน 2 แผงราคา $400 แต่ระบบกักเก็บอย่าง Anker Solix 3800 (3.8kWh) ราคา $2400 ทำให้ต้นทุนการกักเก็บแพงกว่ามาก
ถ้าต้นทุนการกักเก็บลดลง ก็อาจทำให้ครัวเรือนในประเทศกำลังพัฒนาพึ่งพาไฟฟ้าตนเองได้
เช่น ระบบ 10kWh อยู่ราว $2,690~3,300 และถ้าประกอบ DIY เองอาจต่ำกว่า $2,000 ได้
แบตเตอรี่เซิร์ฟเวอร์แร็กขนาด 5kWh บางรุ่นซื้อได้ต่ำกว่า $1,000
ส่วนสหรัฐฯ มีปัญหาจากกฎระเบียบและ ตลาดติดตั้งที่ต้นทุนสูง
เมื่อคิดถึงมวลและปริมาณน้ำของอ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่ ความต่างด้านสเกลนั้นมหาศาล