บทที่ 4 โรงไฟฟ้าพลังงานก๊าซ  ( Gas  turbine )

4.1ความหมายพลังงานแก๊ส

โรงไฟฟ้าพลังไอน้ำนั้น ได้มีการมาเป็นเวลานานเกือบปีมาแล้ว  และมีการพัฒนาจนสามารถใช้งานได้ดี  จ่ายกำลังไฟฟ้าได้สูงกว่า  โรงไฟฟ้าที่ใช้ต้นกำลังอื่นขับหลายชนิด  สำหรับโรงไฟฟ้าพลังงานก๊าซ  ถูกคิดค้นเพื่อนำมาใช้งานเมื่อไม่นานมาเท่าไรนัก  สาเหตุที่นำระบบก๊าซมาใช้ก็เนื่องจากว่า  การสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานไอน้ำ  จำเป็นต้องหาแหล่งน้ำที่ต้องใช้ปริมาณมากบางครั้งทำได้ลำบาก  อาจจะต้องสร้างอ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่ขึ้นมา  ทำให้สิ้นเปลืองค่าใช้จ่าย  ตลอดจนปัญหาเรื่องหม้อน้ำ  ซึ่งเปลืองพื้นที่ในการติดตั้ง  และมักมีข้อขัดข้องเกิดขึ้น  เมื่อเปรียบเทียบขนาดของโรงงานไฟฟ้าที่มีกำลังจ่ายไฟฟ้าเท่ากัน  โรงไฟฟ้าพลังงานก๊าซจะมีขนาดเล็กกะทัดรัดกว่าโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ

  4.2. หลักการทำงานของเครื่องกังหันก๊าซ

การทำงานของเครื่องกังหันก๊าซ  คล้ายกับกังหันไอน้ำ  โดยกังหันไอน้ำจะใช้พลังงาน

จากไอน้ำเป็นตัวขับกังหัน  แล้วเปลี่ยนเป็นพลังงานกลขณะที่ไอน้ำวิ่งผ่านใบพัด  พร้อมกับขยายตัวเป็นช่วง ๆ จนเข้าสู่เครื่องควบแน่น ( condenser ) ส่วนกังหันก๊าซนั้นตัวที่ขับกังหันจะเป็นก๊าซร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงภายในห้องเผาไหม้  แล้วส่งเข้าตัวกังหัน การทำงานของเครื่องกังหันก๊าซ  โดยมีเครื่องอัดอากาศ      ( compressor ) ต่ออยู่บนเพลาเดียวกับชุดกังหัน  และต่อตรงไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้า  เมื่อเริ่มเดินเครื่อง  อากาศจะถูกดูดจากภายนอกเข้าหาเครื่องอัดอากาศทางด้านล่าง  ถูกอัดจนมีความดันและอุณหภูมิสูงขึ้น  แล้วถูกส่งไปยังห้องเผาไหม้   ซึ่งใช้เชื้อเพลิงเป็นก๊าซธรรมชาติหรือน้ำมัน  จะถูกเผาไหม้และให้ความร้อนแก่อากาศ  ก๊าซร้อนที่ออกจากห้องเผาไหม้  จะถูกส่งไปยังตัวกังหัน  ทำให้กังหันหมุนเกิดงานขึ้น  ไปขับเครื่องอัดอากาศและขณะเดียวกันก็ขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าด้วย  ความดันของก๊าซเมื่อผ่านตัวกังหันจะลดลงและผ่านออกมาที่บรรยากาศ

                ปกติห้องเผาไหม้จะสร้างด้วยโลหะทนความร้อนสูง  แต่เนื่องจากอุณหภูมิของก๊าซร้อนที่เข้าไปขับตัวกังหันมีขีดจำกัด  ดังนั้นอากาศประมาณ  1/6 ของอากาศอัดทั้งหมดจะถูกใช้ในห้องเผาไหม้ส่วนที่เหลือ  ก็จะทำหน้าที่ผสมกับก๊าซร้อน  แล้วจึงนำเข้าไปยังเรือนกังหัน  อุณหภูมิของเปลวไฟในห้องเผาไหม้อยู่ระหว่าง 3,000 – 4,000  องศาฟาเร็นไฮท์  แต่ก๊าซร้อนมีอุณหภูมิประมาณ 1,000 – 1,500  องศาฟาเร็นไฮท์  ก่อนเข้าสู่เรือนกังหัน  เพื่อขับกังหันต่อไป  พลังงานที่ผลิตจากเครื่องกังหันก๊าซ  จะนำไปขับเครื่องอัดอากาศประมาณ 60%  ส่วนที่เหลือจะนำไปขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและอุปกรณ์ประกอบช่วยงานอย่างอื่น

4.3 การใช้งานของเครื่องกังหันก๊าซ

ปกติโรงไฟฟ้าพลังงานก๊าซ  มักเป็นเครื่องจ่ายไฟสำรอง ( stand by ) และช่วยเสริมการผลิต  เมื่อเกิดความต้องการใช้ไฟฟ้าสูงสุด ( peak load )  มีกำลังการผลิตตั้งแต่ 1 – 60 เมกกะวัตต์  นอกจากจะใช้เป็นเครื่องต้อนกำลังในการผลิตไฟฟ้าแล้ว  เครื่องกังหันก๊าซยังใช้งานอย่างอื่นอีก  เช่นใช้เป็นเครื่องต้นกำลังขับปั๊มขนาดใหญ่

-  ขับเครื่องรถยนต์ที่มีเร็วสูง

-  ขับเครื่องเรือที่มีความเร็วสูง

-  ใช้เป็นเครื่องยนต์  สำหรับรถบรรทุก  รถโดยสาร  และรถแทรกเตอร์

-  ใช้เป็นเครื่องต้อนกำลังสำหรับเครื่องบินไอพ่น  ( jet plane)

ข้อดีของเครื่องกังหันก๊าซ

1. ต้นทุนการสร้างต่ำ

2. มีนำหนักเบา

3. สามารถเริ่มเดินเครื่องได้รวดเร็ว  ใช้เวลาเพียง 40 –60 วินาทีเท่านั้น

4. อุปกรณ์ประกอบอื่น ๆ มีน้อย และประกอบอยู่ในชุดเดียวกัน

5. สามารถเคลื่อนย้ายไปติดตั้งในที่ที่ต้องการได้สะดวก  รวดเร็ว  ใช้เวลาเพียงไม่กี่สัปดาห์   ก็

สามารถเดินเครื่องจ่ายไฟฟ้า  แต่ถ้าเป็นโรงไฟฟ้า พลังงานไอน้ำจะต้องใช้เวลาในการออกแบบสร้าง  และทดลองเดินเครื่องนานประมาณ 5 ปี

ข้อเสียของเครื่องกังหันก๊าซ

1. ความร้อนสูง  ทำให้เกิดความเค้นต่อชิ้นส่วนภายในตัวกังหันสูงมากจึงต้องมีการตรวจซ่อมบ่อยๆ

2. ค่าใช้จ่ายในการผลิตสูง  สิ้นเปลืองเชื้อเพลิงต่อหน่วยกิโลวัตต์ – ชั่วโมง มาก

3. มีประสิทธิ ภาพต่ำ  เพราะกำลังที่ได้จ่ายเครื่องกังหันส่วนหนึ่งจะต้องนำไปใช้ขับเครื่องอัดอากาศ

4.4. เครื่องกังหันก๊าซระบบ 2 เพลา

จากวงจรการทำงานของเครื่องกังหันก๊าซระบบเพลาเดียว  พลังงานที่เกิดขึ้นสามารถควบคุมได้ด้วยการปรับปริมาณเชื้อเพลิง  ที่จ่ายเข้าไปในห้องเผาไหม้  ซึ่งเป็นการควบคุมอุณหภูมิของก๊าซร้อนก่อนเข้าสู่ตัวกังหัน  ถ้าเชื้อเพลิงน้อย  ความร้อนจากก๊าซที่เผาไหม้  และงานที่ได้จากตัวกังหันก็จะน้อยตามไปด้วย

ในระบบเพลาเดียว  ทั้งเครื่องอัดอากาศและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะถูกออกแบบให้หมุนด้วยความเร็วรอบคงที่ 3,000  รอบ / นาที  บางครั้งการออกแบบ  ต้องการแยกเครื่องอัดอากาศ  และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าให้อยู่คนละเพลา  เพราะว่าเครื่องกังหัน  จำเป็นจะต้องใช้อุปกรณ์ที่มีความเร็วรอบต่างกันไปอีก  เช่น ปั๊มขนาดใหญ่  อุปกรณ์ช่วยเหลืออย่างอื่น ฯลฯ

การแยกเครื่องอัดอากาศ  และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าออกจากกันโดยใช้ระบบ 2 เพลา  ซึ่งจะต้องมีกังหัน  2 ชุด  คือ ชุดที่หนึ่ง  ขับเครื่องอัดอากาศ ชุดที่สองขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า  อุปกรณ์ที่รวมกันอยู่ในเส้นประเรียกว่า  ก๊าซเจนเนอเรเตอร์  ( gas generator ) หรือ ก๊าซซิไฟเออร์  ( gasifier) พลังงานที่ขับโดยเครื่องกังหันตัวที่ 1 จะต้องขับเครื่องอัดอากาศอย่างเดียว  หมุนด้วยความเร็วสูง 5,000 – 6,000 รอบ / นาที  พลังงานส่วนที่เหลือจากการเผาไหม้จะออกจากเครื่องกังหันเป็นอากาศร้อน  เข้าสู่เครื่องกังหันตัวที่ 2 ที่ใช้ขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยตรง  หมุนด้วยความเร็ว 3,000 รอบ /นาที  ซึ่งเรียกว่า  เพาเวอร์ เทอร์ไบน์  ( power  turbine ) 

                สำหรับเครื่องกังหันก๊าซระบบ 2 เพลา  เป็นเครื่องขนาดใหญ่ที่ใช้กันแพร่หลายสามารถติดตั้งประกอบรวมกันได้หลายลักษณะ ดังรูป 4-4  เป็นแบบ 2 เพลา  มีเพาเวอร์  เทอร์ไบน์ 2 เครื่อง  รวมกันขับเตรื่องกำเนิดไฟฟ้าตัวเดียว  และรูปที่ 4-5 เป็นแบบใช้ชุด ก๊าซซิไฟเออร์   2 ชุด  ร่วมกันขับเพาเวอร์เทอร์ไบน์  1 เครื่อง  และจะใช้เพาเวอร์เทอร์ไบน์ทั้งหมด  4  เครื่อง  ร่วมกันขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่เพียงเครื่องเดียว  ข้อดี  ของระบบนี้คือ  มีความอ่อนตัวในการจ่ายโหลด  เป็นส่วน ๆ ได้อย่างเหมาะสม  ชุดก๊าซซิไฟเออร์บางชุด  สามารถหยุดใช้งานได้  ถ้าโหลดลดต่ำลง  เป็นการเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้งานของเครื่องให้สูงขึ้น

4.5  เครื่องอัดอากาศ

               

หน้าที่หลักของเครื่องอัดอากาศ คือ  อัดอากาศให้มีความดันสูง   เพื่อนำไปใช้ผสมกับเชื้อเพลิงในห้องเผาไหม้  โดยการดูดอากาศผ่านแผ่นกรอง  ทางช่องรับอากาศเข้า  เพื่อแยกฝุ่นละอองออก   เป็นการป้องกันชิ้นส่วนภายในของเครื่องกังหัน  ไม่ให้เกิดการกัดกร่อน  หรือสึกกร่อนได้  ปริมาณของอากาศที่ผ่านเข้าไปในเครื่องอัดอากาศ  ของเครื่องกังหันก๊าซที่มีกำลังผลิตไฟฟ้าขนาด 20 เมกกะวัตต์  จะใช้ประมาณ  500,000 ลูกบาศก์ฟุต / นาที  เครื่องอัดอากาศที่นิยมใช้มี 2 ชนิด คือ

                1. แบบแรงเหวี่ยง ( centrifugal  compressor ) ทำงานลักษณะเดียวกับปั๊มแรงเหวี่ยง  มีใบพัดเรียงจากเล็กไปใหญ่  เหมาะที่จะใช้กับเครื่องกังหันก๊าซขนาดเล็กเท่านั้น

                2. แบบอัดในแนวแกน(axial compressor ) มีลักษณะคล้ายตัวกังหัน  ประกอบด้วยใบพัดที่ติดอยู่บนเพลาเป็นแถวๆ  ระหว่างแถวของใบพัดจะมีใบพัดติดอยู่ที่ตัวเรือนสลับกันเป็นแถว ๆ เช่นเดียวกัน  เมื่ออากาศถูกดูดพร้อมกับอัดผ่านแต่ละแถวของใบพัดที่อยู่กับที่ และใช้ใบพัดหมุนที่ประกอบติดอยู่บนเพลาแล้ว  ปริมาณของมันจะลดลง  ดังนั้นขนดและความยาวของใบพัดก็จะลดลงตามทิศทางการไหลของอากาศเป็นสัดส่วนเรื่อยไป

4.6. ห้องเผาไหม้

               

ห้องเผาไหม้ที่ใช้กับเครื่องกังหันก๊าซ  มีลักษณะเป็นรูปทรงกระบอกสองชั้น  ประกอบซ้อนกันอยู่ ชั้นนอกเป็นทิศทางเดินของอากาศอัด ที่ส่งมาจากเครื่องอัดอากาศ  ขั้นในเป็นช่องทางที่มีอากาศร้อนจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง ส่งเข้าไปที่ตัวกังหัน  ด้านเหนือของทรงกระบอกชั้นใน  จะมีห้องเผาไหม้  ห้องผสมอากาศ รวมทั้งหัวฉีดเชื้อเพลิงประกอบอยู่ส่วนด้านบนสุดของห้องเผาไหม้จะมีแท่น ( platform)สำหรับขึ้นไปตรวจซ่อมอุปกรณ์ต่าง ๆ

วงจรการทำงาน คือ เมื่อเครื่องอัดอากาศ  ดูดอากาศและอัดจนได้แรงดันตามพิกัดแล้ว  จะถูกส่งเข้าไปทางช่องระหว่างห้องผสมอากาศและปลอกหุ้มห้องเผาไหม้     ( pressure jacket )   ขึ้นไปเข้าด้านบนที่ท่อเปลวไฟ ( flame  tube) โดยผ่านตัวหมุน       (  diagonal  swirler ) ซึ่งจะทำให้อากาศอัดที่ไหลผ่านเกิดการหมุนวน  เข้าผสมกับเชื้อเพลิงที่ฉีดตัวหัวฉีดได้ดี  เพื่อให้การเผาไหม้เกิดขึ้นได้อย่างสมบูรณ์และกระจายกว้าง  จากนั้นก๊าซร้อนจากการเผาไหม้  จะผ่านเข้าไปยังห้องผสมอากาศ  ซึ่งมีอากาศอัดส่วนหนึ่ง  ถูกส่งเข้ามาผสมกับก๊าซร้อนนี้  เพื่อลดอุณหภูมิของก๊าซร้อนให้ได้ความร้อนตามต้องการ  แล้วจึงผ่านออกไปขับเครื่องกังหันต่อไป

                ที่ด้านล่างของห้องเผาไหม้จะมีช่องสำหรับเปิดเข้าไปตรวจสภาพซ่อมแซม  ดูแลรักษา  อุปกรณ์ต่าง ๆ ภายในห้องเผาไหม้  ที่บริเวณใกล้เคียงกันจะมีช่อง (inspectiontube )  สำหรับดูสภาพการเผาไหม้ภายในเตาได้  การเผาไหม้จะเริ่มขึ้นด้วยการจุด  จากหัวจุดไฟฟ้าเพียงครั้งเดียง  หลังจากนั้นการเผาไหม้ เชื้อเพลิงจะเป็นไปอย่างต่อเนื่อง  ถ้าหากการดเผาไหม้ไม่สมบูรณ์  จะด้วยเหตุใดก็ตาม  จะมีอุปกรณ์ทำหน้าที่ส่งสัญญาณตัดการส่งเชื้อเพลิงเข้าหัวฉีดทันที

4.7 ความสามารถในการทำงาน

                การทำงานของเครื่องกันหันก๊าซ  จะมีประสิทธิภาพดีมากหรือน้อย  ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบดังนี้ คือ

1.             ความดันขอองอากาศที่จ่ายออกจากเครื่องอัดอากาศ  โดยปกติความดันของอากาศจะ

ลดลงเพียงเล็กน้อย  เมื่อไหลผ่านเข้าห้องเผาไหม้เข้าสู่เครื่องกังหัน

2.อุณหภูมิของก๊าซร้อน ที่เข้าเครื่องกังหันและของอากาศก่อนเข้าเครื่องอัดอากาศ

3.ประสิทธิภาพของเครื่องจักรที่เปลี่ยนแปลงไป

ก่อนจะทราบเรื่องความสามารถในการทำงานของเครื่องกังหันก๊าซจะขอทำความเข้าใจกับความหมายของศัพท์ต่าง ๆ  ที่เกี่ยวข้องต่อไปนี้คือ

-  อัตราส่วนความดัน หมายถึง อัตราส่วนของความดันของอากาศที่ออกจากเครื่องอัดอากาศต่อความดันของอากาศที่เข้าเครื่องอัดอากาศ เช่น อัตราส่วนความดันเท่ากับ 10 หมายถึง ความดันของอากาศที่ออกจากเครื่องอัดอากาศมีค่าเท่ากับ         10 x 14.7 =147  ปอนด์ / ตารางนิ้ว

-  ประสิทธิภาพของเครื่องจักร  หมายถึง ประสิทธิภาพของเครื่องอัดอากาศ และเครื่องกังหัน

-  ประสิทธิภาพความร้อน หมายถึง อัตราส่วนของงานที่ได้ออกมาจากเครื่องกังหันต่อพลังงานเชื้อเพลิงที่ป้อนเข้าไป

-   อัตราอากาศ หมายถึง น้ำหนักของอากาศที่เครื่องอัดอากาศดูดเข้าไป  ต่อหน่วยของงานที่ต้องการ

 อัตราส่วนงาน หมายถึง อัตราส่วนของงานที่ได้ต่องานทั้งหมดที่เครื่องกังหันจ่ายออกมา

เนื่องจากประสิทธิภาพของเครื่องจักร  และอุณหภูมิของก๊าซร้อนที่เข้าเครื่องกังหัน  จะเห็นการเลี่ยนแปลงประสิทธิภาพความร้อน  ต่อการเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพของเครื่องจักร  และการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิด้วย  โดยประสิทธิภาพความร้อนจะเพิ่มขึ้นเมื่อประสิทธิภาพของเครื่องจักร  และอุณหภูมิของก๊าซสูงขึ้น

พิจารณาจากกราฟ  จะเห็นว่าเมื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องจักรที่ละ 10%  ประสิทธิภาพความร้อน  สำหรับอุณหภูมิของก๊าซร้อน 1500 องศาฟาเร็นไฮน์จะเพิ่มขึ้นมากกว่าคือ จาก 2.5 เป็น 10 , 20 , 35 และ 75% ตามลำดับ การเพิ่มอุณหภูมิของก๊าซร้อนที่เข้าเครื่องกังหัน  จะทำให้ประสิทธิภาพความร้อนเพิ่มขึ้น  แต่ก็มีขีดจำกัด  เพราะวัสดุที่นำมาใช้ทำตัวกังหันจะต้องทนต่อแรงเครียดเนื่องจากอุณหภูมิสูง  และแรงเหวี่ยงหนีศูนย์ขณะที่มันหมุนไป  วัสดุจะอ่อนตัวลง  ความต้านทานต่อแรงเครียดก็ลดลงด้วย  ดังนั้นจึงไม่เหมาะที่จะใช้อุณหภูมิสูงเกินไป

4.8 การเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องกังหันก๊าซ

                ประสิทธิภาพของเครื่องกังหันก๊าซ  ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ 3 อย่าง คือ อุณหภูมิของก๊าซร้อน  ก่อนเข้าเครื่องกังหัน   ความดันของอากาศอัดก่อนเข้าห้องเผาไหม้  และประสิทธิภาพของเครื่องจักรที่แปรเปลี่ยนไป  ดังที่เคยกล่าวมาแล้ว  แต่ละองค์ประกอบต่างก็มีขีดจำกัดอยู่ในตัวทั้งสิ้น  เช่น ถ้าเพิ่มอุณหภูมิของก๊าซร้อนก่อนเข้าเครื่องกังหันสูงมากไป  ก็จะเป็นอันตรายต่อตัวเครื่องกังหัน  ถ้าเพิ่มความดันของอากาศที่ออกจากเครื่องอัดอากาศมากไป  ก็จะทำให้เครื่องอัดอากาศทำงานหนัก  ต้องใช้พลังงานจากเครื่องกังหันมากเกินไป  ดังนั้นเพื่อเป็นการหลีกเลี่ยงปัญหาต่าง ๆ   จึงมีวิธีการเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องกังหันก๊าซได้  โดยวิธีต่อไปนี้คือ

1. การแลกเปลี่ยนความร้อน ( regenerating )

                การต่อเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเข้าตรงบริเวณที่อากาศจากเครื่องอัดอากาศถูกส่งออกมาก่อนเข้าสู่ห้องเผาไหม้  โดยการให้อากาศอัดไหลผ่านภายในท่อ  ส่วนอากาศร้อนที่ออกจากเครื่องกังหัน  จะไหลผ่านพื้นผิวนอกท่อ  ทำให้เกิดการถ่ายเทความร้อนอากาศอัดภายในท่อจนร้อนมากขึ้นก่อนที่จะเข้าห้องเผาไหม้  เพื่อทำให้เชื้อเพลิงในการเผาไหม้น้อยลง  ประสิทธิภาพความร้อนของโรงจักรจะสูงมากขึ้น

                เปรียบเทียบค่าประสิทธิภาพความร้อนของวงจรธรรมดากับวงจรใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน  จะเห็นได้ว่าในวงจรธรรมดาที่อุณหภูมิของก๊าซร้อนก่อนเข้าเครื่องกังหัน 1,000 องศาฟาเร็นไฮน์  ประสิทธิภาพสูงสุดมีค่า 15 %  ที่อัตราส่วนเท่ากับ 5 แต่ถ้าใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน  ประสิทธิภาพความร้อนจะเพิ่มขึ้นเป็น 24 %  ที่อัตราส่วนความดันเท่ากับ 3 หรือถ้าเพิ่มอุณหภูมิของก๊าซร้อนก่อนเข้าเครื่องกังหันเป็น 1,500 องศาฟาเร็นไฮน์ ในวงจรธรรมดาจะได้ค่าประสิทธิภาพความร้อนสูงสุด 27 % ที่อัตราส่วนความดันเท่ากับ 11 แต่ถ้าใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนประสิทธิภาพความร้อนจะเพิ่มขึ้นเป็น 35 % ที่อัตราส่วนความดันเท่ากับ 5

                ดังนั้นการเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องกังหันก๊าซ  โดยการแลกเปลี่ยนความร้อนมีจุดประสงค์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพความร้อน  หรือเพื่อประหยัดเชื้อเพลิงเท่านั้น  แต่อัตราส่วนงานและอัตราอากาศจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงแต่อย่างใด

2. การเพิ่มความร้อน ( reheating )

การต่อวงจรเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องกังหันก๊าซ  โดยวิธีการเพิ่มความร้อน ซึ่งจะมีการเพิ่มห้องเผาไหม้และเครื่องกังหันเข้าในวงจร 1 ชุด เรียกว่า 2 ขั้น  ( stage ) ถ้าเพิ่ม 2 ชุด เรียกว่า 3 ขั้น จุดประสงค์เพื่อเพิ่มอุณหภูมิของก๊าซร้อนที่ออกจากเครื่องกังหัน  ตัวแรกให้สูงขึ้นก่อนเข้าตัวที่สอง  และเพิ่มอุณหภูมิของก๊าซร้อนที่ออกจากเครื่องกังหันตัวที่สองให้สูงขึ้นก่อนเข้าเครื่องกังหันตัวที่สองให้สูงขึ้นก่อนเข้าเครื่องกังหันตัวที่สาม  วิธีนี้ประสิทธิภาพความร้อนจะเพิ่มขึ้นขั้นละ 0.5 % เท่านั้นแต่อัตราส่วนงาน  และอัตราอากาศจะดีขึ้น

บทที่ 1 ตัวประกอบโหลด

1.1 ความหมายของตัวประกอบโหลด

โดยทั่วไปอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ ในอาคารหรือโรงงานนั้นต้องอาศัยทั้งกำลังไฟฟ้าจริง (Real Power) และกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ (Reactive Power) เพื่อใช้ในการทำงาน
ค่าสัดส่วนของกำลังไฟฟ้าทั้งสองชนิดดังกล่าวบ่งบอกถึงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า (Power Factor) ของอุปกรณ์ไฟฟ้าแต่ละชนิดหรือของอาคารหรือโรงงานโดยรวม ตามปกติหากค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า(Power Factor) มีค่าต่ำย่อมหมายความว่า กำลังไฟฟ้ารวม (Total or Apparent Power) มีค่าสูงขึ้นอัน เนื่องมาจากการที่มีกำลัง ไฟฟ้ารีแอคทีฟสูงขึ้น ในขณะที่กำลังไฟฟ้าจริงที่ก่อให้เกิดงานมีค่าเท่าเดิม (ตัวประกอบกำลังลดลง กระแสไฟฟ้ามีค่าสูงขึ้น) ซึ่งถือได้ว่าเป็นความสูญเสียของระบบจ่ายไฟฟ้า ด้วยเช่นกัน

หากโรงงานอุตสาหกรรมใด มีอุปกรณ์ไฟฟ้าที่เป็นโหลดแบบเหนี่ยวนำ (Inductive Load) หรือเป็นโหลดแบบเก็บประจุไฟฟ้า (Capacitive Load) ชนิดใดชนิดหนึ่งเพียง อย่างเดียว จะทำให้ค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าต่ำ แต่ถ้านำอุปกรณ์สองประเภทนี้มาใช้ร่วมกันในอัตราที่เหมาะสม จะทำให้ค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าสูงถึง 95-100% ซึ่งวิธีนี้ เรียกว่า วิธีการแก้ไขค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า

   

1.2 การแก้ไขค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า

การแก้ไขค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าก็คือการเพิ่มค่า หรือลดมุม ที่แตกต่างกันระหว่างแรงดันไฟฟ้ากับกระแสไฟฟ้าให้มีค่าน้อยที่สุด เพื่อเพิ่มค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ ให้ใกล้เคียง 1 มากที่สุด(Power Factor = 1.0 คือค่าที่ดีที่สุด เสมือนกับว่าระบบไฟฟ้าสามารถใช้ให้เกิดประโยชน์ได้เต็ม 100%)

ค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าที่มีค่า = 0.80

โดยทั่วไปสามารถแก้ไขค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าให้สูงขึ้นโดยการใช้ตัวเก็บประจุไฟฟ้า(Capacitor) ต่อเข้าไปในระบบไฟฟ้า โดยเป็นการเพิ่มกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ (มีหน่วยเป็น kVar) ที่เข้าไปหักล้างกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟเดิม (Q1) ให้ลดลงเหลือเป็นกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟใหม่ (Q2) ซึ่งทำให้ผลรวมของกำลังไฟฟ้าทั้งหมด (S2) มีค่าลดลงจากเดิม (S1) ตามรูป

แสดงการใช้ตัวเก็บประจุไฟฟ้า (Capacitor) เพื่อเพิ่มค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า

โดยที่ ขนาดของตัวเก็บประจุไฟฟ้า (kVar) = kW x ตัวคูณจากตารางหรือ ขนาดของตัวเก็บประจุไฟฟ้า (kVar) = kW x ( tan1- tan2 )

      ดังนั้นหากมีการปรับปรุงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า (Power Factor) ให้อยู่ในระดับที่เหมาะสม ก็ย่อมที่จะสามารถลดกำลังสูญเสียลงได้อันหมายถึงว่าจะสามารถลดค่าไฟฟ้า ในส่วนที่ไม่จำเป็นลงได้นั่นเอง

1.3 ประโยชน์ของการปรับปรุงค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ (PF) ให้เหมาะสม คือ

    1 ลดรายจ่ายค่าปรับเพาเวอร์แฟคเตอร์จากการไฟฟ้าฯ

เนื่องจากกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ (Q) เป็นกำลังไฟฟ้าที่ผู้ใช้ไฟฟ้าสามารถสร้างขึ้นเองได้ โดยการติดตั้งคาปาซิเตอร์เพื่อเป็นตัวจ่ายกำลังไฟฟ้าในส่วนนี้ให้กับโหลด ซึ่งหากผู้ใช้ไฟฟ้า ไม่ได้ติดตั้ง คาปาซิเตอร์ การไฟฟ้าฯ จะต้องเป็นคนจ่ายกำลังไฟฟ้าในส่วนนี้เอง ในขณะที่กำลังไฟฟ้าจริง (Active Power)ไม่สามารถสร้างจากคาปาซิเตอร์ได้ กำลังไฟฟ้าส่วน นี้จะได้มาจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าของการไฟฟ้าฯเท่านั้น ดังนั้นการที่ระบบไฟฟ้าของผู้ใช้ไฟฟ้ามีค่า PF ต่ำ แสดงว่าการไฟฟ้าฯ จะต้องรับภาระในการ จ่ายกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ เป็นจำนวนมาก ซึ่งที่จริงแล้ว ผู้ใช้ไฟฟ้าสามารถสร้างได้เอง โดยการใช้คาปาซิเตอร์ ผลที่ตามมาก็คือ การไฟฟ้าจะต้องใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีขนาดใหญ่ขึ้น รวมทั้งต้องใช้ ทรัพยากรมากขึ้น เพื่อที่จะสามารถผลิตกำลังไฟฟ้า ทั้งในส่วนของการจ่ายกำลังไฟฟ้าจริงและกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟให้ได้ตามความต้องการของผู้ใช้ไฟฟ้า การไฟฟ้าจึงได้ออกกฎ มาเพื่อควบคุมค่า PF ของโรงงานต่างๆโดยกำหนดว่า หากโรงงานใดมีค่า PF ต่ำกว่า 0.85 จะต้องเสียค่าปรับเพาเวอร์แฟคเตอร์ (ขึ้นอยู่กับรุ่นของมิเตอร์ของการไฟฟ้าด้วย มิเตอร์บางรุ่นไม่สามารถวัดค่า PF ได้)

ระบบที่มีการติดตั้งคาปาซิเตอร์ในตำแหน่งต่างๆ

คาปาซิเตอร์ที่ใช้ในระบบกำลังไฟฟ้า

      2. ช่วยลดโหลดของหม้อแปลง

เมื่อเราใช้โหลดเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ กับหม้อแปลงตัวเดิมและหม้อแปลงเริ่มมีขนาดไม่พอกับความต้องการ หม้อแปลงต้องจ่ายกระแสเกินพิกัด (Overload) วิธีโดยทั่วไปที่เรานึกถึง กันคือ การติดตั้งหม้อแปลงเพิ่มอีกหนึ่งตัว คนส่วนใหญ่ลืมที่จะหยุดคิดว่า "เราได้ติดตั้ง Capacitor แล้วหรือยัง" หากว่ายังไม่ได้ติดตั้ง การติดตั้งคาปาซิเตอร์จะช่วยลดโหลด ของหม้อแปลงตัวนั้นได้ โดยคาปาซิเตอร์ที่ติดตั้งเพิ่มจะช่วยหม้อแปลงจ่ายกระแส หรือ กำลังไฟฟ้าในส่วนของ Reactive Power ที่แต่เดิม หม้อแปลงต้องรับภาระจ่ายเอง ทั้งหมด ทำให้หม้อแปลงมีกำลังเหลือ เพื่อที่จะไปจ่ายโหลดอื่นเพิ่มเติมได้

      3. ลดค่าไฟฟ้าที่สูญเสียไปในรูปของความร้อน ในสายไฟ และหม้อแปลง

คาปาซิเตอร์สามารถลดค่าไฟฟ้าในส่วนนี้ได้ด้วยเหมือนกัน แต่เนื่องจากลักษณะการติดตั้งในประเทศไทย ส่วนใหญ่จะติดตั้งตู้คาปาซิเตอร์ (Cap Bank) ติดกับตู้ MDB หรืออีกนัยหนึ่ง คือใกล้กับหม้อแปลงมาก จึงทำให้การติดตั้งคาปาซิเตอร์ไม่ได้ลดปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลในระบบได้มากอย่างเห็นได้ชัด

ข้อมูลจาก : กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน กระทรวงพลังงาน(www2.dede.go.th), MSEB Subordinate Engineers' Association