การนำความร้อนทิ้งมาใช้ประโยชน์

เครื่องยนต์ผลิตไฟฟ้า โดยทั่วไปจะสูญเสียความร้อนไปกับไอเสีย (Exhaust gas) 32% และสูญเสียความร้อนไปกับน้ำระบายความร้อน (Water jacket) 25% โดยประมาณ ความร้อนที่สูญเสียไปนี้รวมกันสูงถึง 57% ของความร้อนทั้งหมดที่ป้อนให้กับเครื่องยนต์ผลิตไฟฟ้า 

หม้อต้มน้ำมันร้อนโดยส่วนใหญ่จะมีประสิทธิภาพประมาณ 90%  จะสูญเสียความร้อนทางปล่องไอเสียประมาณ 10 % ซึ่งความร้อนสูญเสียส่วนนี้มีอุณหภูมิอยู่ในช่วงระหว่าง 250 – 300 oC ถือว่ามีอุณหภูมิค่อนข้างสูง มีศักยภาพที่จะสามารถนำความร้อนจากปล่องไอเสียนี้มาใช้ให้เกิดประโยชน์ได้

การนำความร้อนสูญเสียไปใช้ประโยชน์  ความร้อนทิ้งทั้งจากเครื่องยนต์ผลิตไฟฟ้าและจากหม้อต้มน้ำมันร้อนเหล่านี้สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้ทั้งการผลิตไฟฟ้าด้วยระบบ Organic Rankine Cycle (ORC) และการผลิตความเย็นด้วยระบบ Absorption Chiller ช่วยเพิ่มศักยภาพการแข่งขัน ลดต้นทุนพลังงานให้กับโรงงานอุตสาหกรรมได้เป็นอย่างดี

แผนผังการนำความร้อนเหลือทิ้งมาใช้ผลิตไฟฟ้าด้วยระบบ ORC 

https://electratherm.com/orc-knowledge-center-2/power-plus-generator-applications/

Organic Rankine Cycle (ORC) คือ ระบบการนำความร้อนที่มีอุณหภูมิค่อนข้างต่ำ เช่น ความร้อนเหลือทิ้งจากปล่องไอเสียในโรงงานอุตสาหกรรมต่างๆ ความร้อนจากเครื่องยนต์ผลิตไฟฟ้า ความร้อนจากน้ำพุร้อนใต้ดิน ความร้อนจากแสงอาทิตย์ เป็นต้น มาใช้ผลิตไฟฟ้าด้วยหลักการทำงานทางเทอร์โมไดนามิกส์ ที่เรียกว่า Rankine Cycle โดยใช้สารทำความเย็นที่เรียกว่า Organic เช่นน้ำยา 254fa ทำหน้าที่แลกเปลี่ยนความร้อนที่คอยล์เย็นให้มีอุณหภูมิและความดันสูงขึ้นไหลผ่านกังกันผลิตไฟฟ้า ข้อดีของระบบ ORC คือ สามารถผลิตไฟฟ้าได้ทั้ง Full load and Partial load การบำรุงรักษาต่ำมาก และมีประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าได้สูงสุดถึง 25%

หลักการทำงานของระบบ ORC สารทำความเย็นจะทำงานงานอยู่ในระบบปิด (Close loop) โดยใช้ปั๊มสูบหมุนเวียนในระบบแลกเปลี่ยนความร้อนกับแหล่งความร้อน (Heat source) ที่คอยล์เย็น (Evaporator) เมื่อสารทำความเย็นได้รับความร้อนจะระเหยกลายเป็นไอ อุณหภูมิสูงและความดันสูงขึ้น ไหลผ่านกังหันผลิตไฟฟ้า (Turbine) จากนั้นนำความร้อนทิ้งที่คอยล์ร้อน (Condenser) แล้วสูบกลับมารับความร้อนอีกครั้งที่คอยล์เย็น (Evaporator)

หลักการทำงานของระบบ ORC https://www.turboden.com/turboden-orc-technology/1062/the-orc-technology

Absorption Chiller คือ ระบบทำความเย็นชนิดดูดซึม ซึ่งต่างจากระบบทำความเย็นชนิดอัดไอ โดยใช้คอมเพรสเซอร์ เป็นอุปกรณ์อัดสารทำความเย็นให้มีอุณหภูมิและความดันสูงขึ้นเปลี่ยนสถานะของสารทำความเย็นจากของเหลวเป็นไอ ซึ่งต้องใช้พลังงานไฟฟ้าในการขับคอมเพรสเซอร์ให้ทำงาน เป็นการสิ้นเปลืองพลังงานและค่าใช้จ่าย แต่ในขณะที่ระบบทำความเย็นแบบดูดซึมใช้แหล่งพลังงานความร้อนเหลือทิ้งจากการเผาไหม้มาใช้ในการระเหยสารทำความเย็นให้กลายเป็นไอแทนการใช้คอมเพรสเซอร์ สามารถลดต้นทุนการใช้ไฟฟ้าได้เป็นอย่างมาก ซึ่งความร้อนเหลือทิ้งในรูปแบบต่างๆ ที่สามารถนำมาประยุกต์ใช้ได้ เช่น  ความร้อนจากจากการเผาไหม้เครื่องยนต์ผลิตไฟฟ้า ความร้อนจากการเผาไหม้หม้อต้มน้ำมันร้อน เป็นต้น

แผนผังการนำความร้อนเหลือทิ้งมาใช้ผลิตความเย็นด้วยระบบ Absorption Chiller

ความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์

โดยทั่วไปแล้ว ระบบ Organic Rankine Cycle และระบบ Absorption Chiller จะมีระยะเวลาคืนทุนอยู่ในช่วง ระหว่าง 3 – 5 ปี ขึ้นอยู่กับชั่วโมงการทำงานของโรงงานเป็นสำคัญ แต่เนื่องจากทั้งสองระบบนี้ต้องใช้งบประมาณการลงทุนค่อนข้างสูง จึงจำเป็นต้องทำการศึกษาความเป็นไปได้ให้รอบด้านก่อนการตัดสินใจลงทุน ทั้งในด้านการประเมินปริมาณความร้อนเหลือทิ้ง ความเหมาะสม ความเชื่อมั่นของเทคโนโลยี การติดตั้ง การใช้งาน การซ่อมบำรุงรักษา งบประมาณและระยะเวลาคืนทุน