จีนประสบความสำเร็จวิจัยและเดินเครื่องเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานคาร์บอนไดออกไซด์ยิ่งยวดเชิงพาณิชย์เครื่องแรกของโลก

กระทู้คำถาม

เทคโนโลยี วิทยาศาสตร์ อนุรักษ์พลังงาน พลังงานทดแทน

สรุปตามความเข้าใจของผมก่อน ซึ่งอาจจะผิด เชิญผู้รู้แนะนำได้

ปกติเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานไอน้ำก็คือใช้ไอน้ำมีแรงดันหมุนกังหันกำเนิดไฟฟ้า

เครื่องนี้กำเนิดไฟฟ้าโดยการใช้คาร์บอนไดออกไซด์ในสถานะวัตถุพิเศษกึ่งก๊าซกึ่งของเหลวเรียกว่าสถานะวิกฤตยิ่งยวด (super critical) มาแทนไอน้ำ

ข้อดี

1. การจะทำให้คาร์บอนไดออกไซด์ร้อน สามารถใช้ความร้อนที่ปล่อยทิ้งจากโรงงานต่างๆเก็บกลับมาทำให้คาร์บอนไดออกไซด์ร้อนได้ง่าย

sCO2 ไม่มีการเปลี่ยนสถานะแบบฉับพลัน (ไม่มีการต้มจนเดือด) แต่มันจะค่อยๆ ร้อนขึ้นในลักษณะที่ใกล้เคียงกับอุณหภูมิของก๊าซเสียจากโรงงานอุตสาหกรรม

ทำให้สามารถ "ดูดซับความร้อน" ออกจากก๊าซเสียได้มากกว่าและมีประสิทธิภาพสูงกว่าระบบไอน้ำ

2. ขนาดอุปกรณ์ที่เล็กมาก (Compactness)

ความร้อนทิ้งในโรงงานอุตสาหกรรม (เช่น โรงเหล็ก หรือโรงปูน) มักจะมีพื้นที่จำกัดในการติดตั้งอุปกรณ์เพิ่มเติม

sCO2 มีความหนาแน่นสูงมาก (เกือบเท่าของเหลว) ทำให้เทอร์ไบน์และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนมีขนาด เล็กกว่าระบบไอน้ำถึง 10 เท่า

ช่วยให้สามารถติดตั้งระบบผลิตไฟฟ้าเข้าไปในพื้นที่เดิมของโรงงานได้ง่าย โดยไม่ต้องรื้อถอนโครงสร้างขนาดใหญ่

** อาจจะนำไปใช้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในเรือดำน้ำได้ด้วย

3. ทำงานได้ดีในช่วงอุณหภูมิปานกลางถึงสูง

ก๊าซเสียจากอุตสาหกรรมหนักมักมีอุณหภูมิในช่วง 400°C - 600°C ซึ่งเป็น "จุดหวาน" (Sweet Spot) ของ sCO2 Cycle

ที่อุณหภูมินี้ sCO2 จะให้ประสิทธิภาพการเปลี่ยนความร้อนเป็นไฟฟ้าได้สูงถึง 25-40% ในขณะที่ระบบ Organic Rankine Cycle (ORC) ที่ใช้สารทำความเย็นอื่นมักจะทำได้ต่ำกว่า

4. การตอบสนองที่รวดเร็ว (Fast Response)

ความร้อนทิ้งจากกระบวนการผลิตมักไม่คงที่ (ขึ้นอยู่กับรอบการผลิต)

ระบบ sCO2 สามารถเริ่มเดินเครื่องและปรับกำลังการผลิตตามปริมาณความร้อนที่เปลี่ยนไปได้เร็วมาก (ภายในไม่กี่นาที) ในขณะที่ระบบไอน้ำต้องใช้เวลาอุ่นเครื่องนานและเสี่ยงต่อการเกิดการกัดกร่อนจากความชื้น

5. เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและประหยัดน้ำ

ระบบ WHR แบบ sCO2 เป็นระบบปิดที่ไม่ต้องใช้น้ำหล่อเย็นจำนวนมหาศาลเหมือนหอหล่อเย็น (Cooling Tower) ของโรงไฟฟ้าทั่วไป

ช่วยลดการใช้น้ำในภาคอุตสาหกรรม ซึ่งสำคัญมากในพื้นที่ขาดแคลนน้ำ

-------------------------------------------------

World’s first commercial supercritical carbon dioxide power generator begins operation

เครื่องเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานคาร์บอนไดออกไซด์ยิ่งยวดเชิงพาณิชย์เครื่องแรกของโลก

Chaotan One, the world’s first commercial power generator that uses supercritical carbon dioxide (sCO2) instead of steam, has begun operations in China. This achievement breaks a century-old tradition of using steam for power generation, marking a major improvement in efficiency.

ชาวตันหมายเลขหนึ่ง, โรงไฟฟ้าพลังน้ำเชิงพาณิชย์แห่งแรกของโลกที่ใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในสถานะวิกฤตยิ่งยวด (sCO2) แทนไอน้ำ ได้เริ่มดำเนินการแล้วในประเทศจีน ความสำเร็จนี้เป็นการทำลายธรรมเนียมปฏิบัติที่มีมานานกว่าศตวรรษในการใช้ไอน้ำในการผลิตไฟฟ้า และถือเป็นการพัฒนาประสิทธิภาพครั้งสำคัญ

การประดิษฐ์เครื่องจักรไอน้ำเป็นก้าวแรกสู่การปฏิวัติอุตสาหกรรมที่เปลี่ยนแปลงโลก เป็นครั้งแรกที่มนุษย์สามารถเผาเชื้อเพลิงและนำมาใช้ในการทำงาน ไม่ใช่แค่ผลิตความร้อนเท่านั้น ตลอดหลายปีที่ผ่านมา ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ได้รับการปรับปรุงให้ดียิ่งขึ้นผ่านการออกแบบและเชื้อเพลิงที่แตกต่างกัน แต่ตัวกลางในการทำงานยังคงเหมือนเดิม นั่นคือไอน้ำ

นักวิทยาศาสตร์ที่กำลังมองหาวิธีปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานให้ดียิ่งขึ้น สังเกตเห็นว่าพลังงานจำนวนมากสูญเสียไปกับการผลิตไอน้ำเพื่อขับเคลื่อนกังหัน

น้ำต้องถูกต้มก่อนและต้องผ่านกระบวนการเปลี่ยนสถานะเพื่อสร้างไอน้ำ ซึ่งทั้งสองขั้นตอนใช้พลังงานสูง และนักวิทยาศาสตร์จึงมองหาตัวกลางที่ดีกว่ามาทดแทน และพวกเขาพบว่าคาร์บอนไดออกไซด์ในสถานะของแข็ง (sCO2) คือตัวกลางนั้น

sCO2 คืออะไร?

สภาวะวิกฤตยิ่งยวด (Supercritical) คือสถานะของเหลวของก๊าซ CO2 ที่มีอุณหภูมิและความดันสูงกว่าจุดวิกฤต เรารู้ว่า CO2 อยู่ในรูปก๊าซที่อุณหภูมิห้อง และสามารถลดอุณหภูมิและความดันลงจนกลายเป็นน้ำแข็งแห้งได้

อย่างไรก็ตาม เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นเป็น 87 °F (31 °C) และความดันเพิ่มขึ้นเป็น 1,070 psi (7.37 MPa) CO2 จะเข้าสู่สภาวะวิกฤตยิ่งยวด

ในสถานะนี้ CO2 แสดงคุณสมบัติทั้งของของเหลวและก๊าซ หากปล่อยลงในภาชนะ มันจะเติมเต็มพื้นที่ แต่จะมีความหนาแน่นของของเหลว ในการใช้งาน เช่น การขับเคลื่อนกังหัน สถานะนี้มีประโยชน์อย่างมาก เนื่องจากสถานะคล้ายก๊าซให้แรงต้านน้อยกว่า ในขณะที่สถานะคล้ายของเหลวให้แรงขับมากกว่า

ที่สำคัญไม่แพ้กัน การเปลี่ยน CO2 ให้เป็นสถานะวิกฤตยิ่งยวดนั้นใช้พลังงานน้อยกว่าการเปลี่ยนน้ำให้เป็นไอน้ำ

จีนและสหรัฐอเมริกาได้ร่วมกันพัฒนาเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วย sCO2 อย่างไรก็ตาม จีนได้แสดงให้เห็นถึงความสามารถทางเทคนิคในด้านนี้โดยการนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์แล้ว

Chaoton One อยู่ที่ไหน?

การใช้งานเชิงพาณิชย์ครั้งแรกของโลกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงาน sCO2 อยู่ที่โรงงานเหล็กแห่งหนึ่งในเมืองหลิวปานซุย มณฑลกุ้ยโจว โรงงานแห่งนี้มีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาด 15 เมกะวัตต์สองเครื่อง และเชื่อมต่อเข้ากับระบบส่งไฟฟ้าเมื่อเดือนที่แล้ว โดยได้รับการออกแบบมาเพื่อเปลี่ยนความร้อนเหลือทิ้งจากโรงงานเหล็กให้เป็นกระแสไฟฟ้า

นอกจากการแสดงให้เห็นว่า sCO2 เป็นสื่อกลางที่ใช้งานได้จริงแล้ว ยังแสดงให้เห็นถึงวิธีการใช้แหล่งความร้อนขนาดเล็กถึงขนาดกลางอย่างมีประสิทธิภาพในการผลิตกระแสไฟฟ้าอีกด้วย

เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีพลังงานไอน้ำร้อนที่ใช้งานอยู่ Chaoton One คาดว่าจะเพิ่มการผลิตกระแสไฟฟ้าสุทธิได้ถึง 50 เปอร์เซ็นต์ ในขณะที่ปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตกระแสไฟฟ้าโดยรวมได้มากกว่า 85 เปอร์เซ็นต์ ตามรายงานของสื่อจีนแห่งหนึ่ง

ที่มา

https://interestingengineering.com/energy/worlds-first-sco2-based-power-generator-china

ภาพแสดง โรงงาน chaotan 1 ของจีน เก่ามาก

สาเหตุที่ภาพโรงไฟฟ้า Chaotan One ในเมืองหลิวพานสุ่ย (Liupanshui) ดูเก่าหรือมีบรรยากาศเหมือนโรงงานยุคเก่า ทั้งที่เป็นเทคโนโลยีระดับโลกที่เพิ่งเปิดตัวในเดือนธันวาคม 2025 เป็นเพราะปัจจัยหลักดังนี้ครับ:

ตั้งอยู่ในโรงงานอุตสาหกรรมหนักเดิม: ระบบผลิตไฟฟ้า sCO2 นี้ไม่ได้สร้างเป็นโรงไฟฟ้าเดี่ยว ๆ กลางทุ่งที่ดูทันสมัย แต่ถูกนำไปติดตั้ง "เสริม" (Retrofit) ในโรงงานเหล็ก Shougang Shuicheng Iron and Steel ซึ่งเป็นโรงงานเก่าแก่ที่มีโครงสร้างพื้นฐานเดิมอยู่แล้ว เพื่อดักจับความร้อนทิ้ง (Waste Heat) จากกระบวนการถลุงเหล็ก

ขนาดที่เล็กลง: เทคโนโลยี sCO2 ช่วยให้เทอร์ไบน์และอุปกรณ์มีขนาดเล็กกว่าระบบไอน้ำเดิมถึง 50-90% เมื่อนำไปวางแทรกไว้ในพื้นที่เดิมของโรงงานเหล็กขนาดใหญ่ที่มีคราบเขม่าหรือร่องรอยการใช้งานมานาน จึงทำให้ดูเหมือนเป็นเพียงส่วนต่อขยายหนึ่งของโรงงานเก่า

----------------------------------

สถานะของการวิจัยเรื่องนี้ของสหรัฐ

สหรัฐอเมริกาเป็นหนึ่งในผู้นำโลกด้านการวิจัยเทคโนโลยีผลิตไฟฟ้าด้วยคาร์บอนไดออกไซด์วิกฤตยิ่งยวด (sCO2) โดยในปี 2025 สถานะปัจจุบันได้ข้ามพ้นจากระดับห้องปฏิบัติการไปสู่การ สาธิตในระดับโรงไฟฟ้าต้นแบบ (Pilot Plant) เพื่อเตรียมความพร้อมสู่เชิงพาณิชย์ ดังนี้ครับ:

1. โครงการเรือธง: STEP Demo (San Antonio, Texas)
โครงการ STEP (Supercritical Transformational Electric Power) ถือเป็นความร่วมมือที่สำคัญที่สุดระหว่างกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ (DOE) และภาคเอกชน:
สถานะล่าสุดปี 2025: โรงไฟฟ้าต้นแบบขนาด 10 เมกะวัตต์ (MWe) ตั้งอยู่ที่ Southwest Research Institute (SwRI) กำลังอยู่ในช่วง เฟสสุดท้ายของการทดสอบ เพื่อเดินเครื่องเต็มกำลังการผลิต
ความสำเร็จปี 2024-2025: ก่อนหน้านี้ในปี 2024 ระบบสามารถเริ่มปั่นไฟ (First Generation) ได้สำเร็จที่ความเร็วรอบเทอร์ไบน์ 27,000 RPM และอุณหภูมิ 260°C ปัจจุบันกำลังไต่ระดับการทำงานไปที่ 500°C - 700°C เพื่อให้บรรลุเป้าหมายประสิทธิภาพที่สูงกว่า 50%
นวัตกรรม: เทอร์ไบน์ขนาด 10 เมกะวัตต์ของโครงการนี้มีขนาดเพียง "เท่าโต๊ะทำงาน" แต่สามารถจ่ายไฟให้กับบ้านเรือนได้ถึง 10,000 หลัง

2. การวิจัยในห้องปฏิบัติการแห่งชาติ (Sandia National Laboratories)
Sandia เป็นศูนย์กลางด้านการทดสอบความคงทนของวัสดุและระบบควบคุม:
Brayton Cycle Research: เน้นการพัฒนา Recompression Closed Brayton Cycle (RCBC) ซึ่งเป็นการออกแบบวงจรที่ให้ประสิทธิภาพสูงสุด
Next-Gen CSP: มีการสร้างระบบ sCO2 Coolant Loop ขนาด 1 เมกะวัตต์ เพื่อใช้ร่วมกับ โรงไฟฟ้าโซลาร์แบบรวมแสง (Concentrated Solar Power) รุ่นที่ 3
Nuclear Application: กำลังวิจัยการใช้ sCO2 เป็นระบบแปลงพลังงานสำหรับ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์รุ่นที่ 4 (Generation IV) และ Small Modular Reactors (SMRs) เพื่อลดต้นทุนการสร้างโรงไฟฟ้า

3. การเข้าสู่เชิงพาณิชย์ของภาคเอกชน
Net Power: บริษัทในสหรัฐฯ ที่กำลังพัฒนาโรงไฟฟ้าก๊าซธรรมชาติที่ปล่อยมลพิษเกือบเป็นศูนย์ (Zero Emission) โดยใช้ Allam-Fetvedt Cycle ซึ่งใช้ sCO2 เป็นตัวขับเคลื่อนหลักและดักจับคาร์บอนในตัว ได้รับการสนับสนุนทุนจำนวนมากเพื่อสร้างโรงงานขนาดใหญ่ในระดับอุตสาหกรรม
ความร่วมมือระดับสากล: ในปี 2025 มีบริษัทยักษ์ใหญ่อย่าง Petrobras (บราซิล) และพันธมิตรจากไทย (กฟผ./EGAT) เข้าร่วมสังเกตการณ์และสนับสนุนโครงการ STEP เพื่อนำเทคโนโลยีไปปรับใช้ในภูมิภาคของตน
สรุปสถานะเทียบกับโลก

ในขณะที่ จีน (Chaotan One) ประสบความสำเร็จในการเริ่มเดินเครื่อง โรงไฟฟ้าเชิงพาณิชย์ยูนิตแรก ไปเมื่อเดือนธันวาคม 2025, สหรัฐฯ ยังคงมุ่งเน้นไปที่การวิจัยเชิงลึกด้าน ประสิทธิภาพสูงสุด (High Efficiency) และความคงทนของวัสดุที่อุณหภูมิสูงจัด (700°C+) เพื่อนำไปใช้กับพลังงานสะอาดในอนาคต เช่น นิวเคลียร์และโซลาร์ความร้อนครับ