สวทช.กฟผ. ชูความสำเร็จ Energy Storage หัวใจสำคัญสู่ความมั่นคงทางพลังงานไฟฟ้า

สวทช.กฟผ. ชูความสำเร็จ Energy Storage หัวใจสำคัญสู่ความมั่นคงทางพลังงานไฟฟ้า ตอบโจทย์สภาวะฉุกเฉิน อาทิ สถานการณ์ โควิด สามารถสร้างเสถียรภาพโรงไฟฟ้าพลังงานทดแทน ซึ่งเทคโนโลยี ฯ โดยได้รับการอนุมัติให้ขึ้นบัญชีนวัตกรรมแล้ว

นครราชสีมา 18 กันยายน 2563 — นางเกศวรงค์ หงส์ลดารมภ์ ผู้ช่วยผู้อำนวยการสำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) กล่าวว่า ตามที่สวทช.ที่มีหน้าที่รับผิดชอบโดยตรงเรื่องวิจัย และพัฒนาเพื่อสร้างขีดความสามารถทางด้านการแข่งขันของประเทศ ซึ่งนอกเหนือจากงานวิจัยพัฒนาที่เรารู้จักกันดีหรือเรียกว่าเป็นส่วนของงานต้นน้ำแล้ว กระบวนการด้านวิศวกรรมและการออกแบบ ตลอดจนการวิเคราะห์ทดสอบให้เป็นไปตามมาตรฐานที่กำหนดเป็นขั้นตอนและกลไกที่สำคัญที่จะทำให้งานปลายน้ำ หรือเกิดผลิตภัณฑ์   ที่จะใช้ได้จริงทางเชิงพาณิชย์ ไม่ใช่เพียงแค่งานวิจัยต้นแบบหรืองานวิจัยขึ้นหิ้งอย่างที่มักพบเห็นหรือได้ยินได้ฟังมาโดยตลอด โดยเฉพาะที่สำคัญปัจจุบันการกีดกันทางการค้าไม่ได้อยู่บนพื้นฐานของกำแพงภาษีเพียงอย่างเดียวเหมือนในอดีตที่ผ่านมา แต่ประเด็นทางด้านคุณภาพและมาตรฐานได้กลายมาเป็นประเด็นสำคัญแทนที่

สวทช.เล็งเห็นความสำคัญของโครงสร้างพื้นฐานด้านวิเคราะห์ทดสอบ วิศวกรรมและการออกแบบที่จะผลักดันและสนับสนุนด้านนี้อย่างอย่างจริงจัง จึงเตรียมพร้อมและสนับสนุนให้มีโครงสร้างพื้นฐานทางด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเพื่อสนับสนุนการพัฒนาขีดความสามารถของประเทศ ในด้านต่างๆ โดยเฉพาะกลุ่มโครงสร้างพื้นฐานด้านคุณภาพของประเทศ หรือNational Quality Infrastructure หรือ NQI ซึ่งปัจจุบันสวทช.ลงทุนในโครงสร้างพื้นฐานด้านนี้เป็นมูลค่ากว่าพันล้านบาท ส่งผลให้ประเทศมีทรัพยากรด้าน NQI ขนาดใหญ่ ครอบคลุมหลายกลุ่มผลิตภัณฑ์   มีศักยภาพด้านการทดสอบ สอบเทียบ ตรวจสอบ รับรองผลิตภัณฑ์ในระดับประเทศ และระดับสากล รวมถึง มีระบบคุณภาพการปฏิบัติงานทดสอบ สอบเทียบตรวจสอบ รับรอง ในระดับสากล ISO/IEC17025 ,ISO/IEC17020, ISO/IEC17065 เป็นต้น

สำหรับระบบกักเก็บพลังงานอัจฉริยะ หรือ Energy Storage ที่ การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.) ไว้วางใจให้ สวทช.ร่วมดำเนินการนี้เป็นการใช้ระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่อัจฉริยะ มาบริหารจัดการพลังงานจากแหล่งผลิตและการใช้งาน โดยที่การใช้พลังงานสะอาด เช่น พลังงานลม หรือโซล่าร์เซลล์นั้น เป็นที่ทราบกันว่ามีความไม่แน่นอน ขึ้นอยู่กับแสงแดด ซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา

ในขณะเดียวกัน การใช้ไฟฟ้ามีการเปลี่ยนแปลงเช่นกัน ขึ้นอยู่กับการใช้งาน (Load) การที่จะทำให้แหล่งผลิต (Source) และ Load มีความสัมพันธ์กันนั้นเป็นเรื่องลำบาก ดังนั้นในโครงการนี้จึงใช้ระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่อัจฉริยะในการบริหารจัดการให้มีความสัมพันธ์กัน โดยอาศัยองค์ความรู้และศักยภาพของศูนย์บริการปรึกษาการออกแบบ  และวิศวกรรมหรือเรียกสั้นๆว่า DECC ในการออกแบบนำแบตเตอรี่ในระดับเซลล์มาประกอบเป็น แบตเตอรี่ระดับโมดูลแพ็ค เพื่อนำไปใช้งานเฉพาะแบบทางด้านกักเก็บพลังงานทดแทนและปัจจุบันใช้งานจริงโดยมี Proven sites  อยู่ที่ลำตะคอง จ.นครราชสีมา ซึ่งเป็นระบบกักเก็บจากพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ ที่ทับสะแก จังหวัดประจวบคีรีขันธ์ ซึ่งเป็นระบบกักเก็บพลังงานแสงอาทิตย์จึงมีความสำคัญและนับเป็นก้าวสำคัญในการการพัฒนาอุตสาหกรรมพลังงานยุคใหม่ ซึ่งจะช่วยส่งเสริมให้เกิดอุตสาหกรรมการใช้พลังงานสีเขียวในประเทศอีกด้วย ทั้งนี้ปัจจุบันระบบกักเก็บพลังงานดังกล่าวได้รับการรับรองให้ขึ้นบัญชีนวัตกรรมเป็นที่เรียบร้อยแล้ว

ดร.อัมพร โพธิ์ใย ผู้อำนวยการศูนย์บริการปรึกษาการออกแบบและวิศวกรรม (DECC) กล่าวว่าแบตเตอรี่เป็นแหล่งพลังงานหลักของทั้งยานยนต์ไฟฟ้า (EV) และแหล่งเก็บกักพลังงาน (Energy Storage System: ESS) ทั้งในปัจจุบันและตามการคาดการณ์ในอนาคต โดยราคาส่วนใหญ่ของยานยนต์ไฟฟ้านั้นจะเป็นราคาของแบตเตอรี่เป็นหลัก โดยชิ้นส่วนอื่น ๆ มีสัดส่วนที่น้อยกว่าเมือเทียบกับมูลค่ารวมของรถ  การพัฒนาแบตเตอรี่ จึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง แต่ปัจจุบันประเทศไทยยังไม่มีการผลิตแบตเตอรี่ระดับเซลล์ (Cell battery) สำหรับยานยนต์ไฟฟ้าและแหล่งกักเก็บพลังงานในประเทศ  เนื่องจากไทยไม่มีวัตถุดิบในการทำขั้วแบตเตอรี่เหมือนกับประเทศจีนและประเทศในอเมริกากลาง  ดังนั้นอุตสาหกรรมในประเทศจึงมีการซื้อแบตเตอรี่ระดับเซลล์มาจากต่างประเทศแล้วนำมาประกอบกันเป็น แบตเตอรี่โมดูล (Battery module) และแบตเตอรี่แพ็ค (Battery pack) และนำไปประยุกต์ใช้งานตามความต้องการการใช้พลังงานในแต่ละแบบ

แบตเตอรี่ระดับเซลล์  ระดับโมดูล และ ระดับแพ็ค

 อย่างไรก็ตามอุตสาหกรรมในประเทศสามารถเลือกซื้อแบตเตอรี่ในระดับเซลล์ได้ง่าย  แต่หากจะซื้อแบตเตอรี่ในระดับโมดูลแล้ว แล้วมาประกอบเป็นแบตเตอรี่แพ็คนั้น มักจะประสพปัญหาการนำไปใช้งาน เนื่องจากแบตเตอรี่ในระดับโมดูลนั้น ผู้ผลิตมักจะจำกัดจำนวนเซลล์เป็นจำนวนเฉพาะมาด้วย เช่น 20เซลล์ 40เซลล์ 100เซลล์ เป็นต้น และกระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้ก็จะขึ้นกับจำนวนเซลล์ที่นำมาต่อกัน  หากเราต้องการออกแบบแบตเตอรี่ให้มีแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าเพื่อใช้งานเฉพาะ เช่น 15 โวลต์ 40 โวลล์ 75 โวลต์ฯ  จะไม่สามารถทำได้เนื่องจากบริษัทที่ขายแบตเตอรี่โมดูลจะไม่ทำตามขนาดของเราเป้นการเฉพาะ  หรือหากทำได้ก็ต้องใช้วงจรอิเล็กทรอนิกส์ในการแปลงแรงดันและกระแสไฟฟ้าเพิ่มเข้าไปอีกส่วนหนึ่ง  ซึ่งวิธีการนี้จะทำให้ราคาของแบตเตอรี่โมดูลสูงขึ้นไปอีกเนื่องจากต้องมีวงจรเพิ่ม ทำให้มีน้ำหนักเพิ่ม นอกจากอาจเป็นสาเหตุให้เกิดอันตรายตามมาได้อีก เช่น การติดไฟ การเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่ในเวลาสั้น ฯลฯ

การเชื่อมต่อ BMS ของแบตเตอรี่โมดูล เป็นแบตเตอรี่แพ็ค และเซ็นเซอร์ในแบตเตอรี่โมดูล

ความเชี่ยวชาญและความสามารถในการออกแบบแบตเตอรี่ระดับโมดูล แพ็คของ DECC

ในการพัฒนาและออกแบบแบตเตอรี่ระดับโมดูล ต้องอาศัยระบบการบริหารจัดการพลังงานของแบตเตอรี่ (Battery Management System: BMS) ในระดับเซลล์ที่ถูกนำมาต่อร่วมกันจำนวนมาก โดยต้องบริหารจัดการทั้งการประจุไฟฟ้า (Charge) การคายประจุไฟฟ้า (Discharge) และการควบคุมทั้งอุณหภูมิ  แรงดันไฟฟ้า           และกระแสไฟฟ้า ทั้งนี้เพื่อให้ประสิทธิภาพการทำงานออกมาตามที่ออกแบบ และมีความปลอดภัยสามารถนำไปใช้งานได้

ในการบริหารจัดการทำงานของแบตเตอรี่ (Battery Management System, BMS) จะมีวงจรอิเล็กทรอนิกส์และเซ็นเซอร์ (Sensors) เช่นระบบควบคุมด้านความร้อน (Thermal Management System) กระแสไฟฟ้า และแรงดันไฟฟ้าประกอบกัน  จากนั้นการนำแบตเตอรี่หลายๆโมดูลไปต่อรวมกันกลายเป็นแบตเตอรี่แพ็ค ก็จะมีวงจรควบคุมตัวหลัก (Master BMS) คอยบริหารจัดการแบตเตอรี่ในระดับโมดูลอีกที จะเห็นได้ว่าหากสามารถออกแบบแบตเตอรี่ในระดับโมดูลได้ ก็จะเป็นการง่ายที่จะนำไปต่อขยายกันกลายเป็นแบตเตอรี่ ในระดับแพ็คได้ และทำให้สามารถออกแบบได้ตามวัตถุประสงค์ในการใช้งานแต่ละประเภทได้

ทั้งนี้การออกแบบแบตเตอรี่โดยมีวงจรควบคุม BMS เป็นเรื่องใหม่สำหรับประเทศไทย ต้องใช้ความรู้ขั้นสูงแต่ก็มีความสำคัญอย่างมาก การนำเซลล์ที่ผลิตจากแหล่งอื่นมารวมกันแบบอนุกรมและแบบขนานเป็นแบตเตอรี่โมดูล (Battery module) ต้องมีการตรวจสอบคุณสมบัติทางไฟฟ้าในแต่ละเซลล์และนำมาบริหารจัดการเพื่อให้ได้พลังงานทั้งการประจุและการคายประจุตามที่ต้องการ เช่น ในอุตสาหกรรมเก็บกักพลังงานต้องการให้การประจุแบตเตอรี่เป็นไปอย่างช้าๆ (Slow charge)  เนื่องจากจะต้องแปลงพลังงานแสงอาทิตย์หรือพลังงานลมเป็นพลังงานไฟฟ้าเพื่อทำการประจุแบตเตอรี่ จึงต้องใช้เวลาในการประจุแบตเตอรี่นาน 4 ชม. แต่เมื่อนำระบบดังกล่าวนี้ไปใช้ในการ ปรับค่าการชดเชยพลังงานไฟฟ้าที่มีการเปลี่ยนแปลงโหลดแบบทันที (Fast discharge) จึงต้องการให้เกิดการคายประจุจำนวนมากกว่าการประจุ 20 เท่า (20C) ภายในเวลา 10 นาที แต่หากต้องการออกแบบแบตเตอรี่เพื่อนำไปใช้อุตสาหกรรมยานยนต์หรือ ใช้งานกับมอเตอร์ไซต์ไฟฟ้า จะต้องออกแบบให้ทำการชาร์จแบตเตอรี่เต็มในเวลาแบบรวดเร็ว (Fast charge) เช่น 15นาที แต่ในการขับรถมอเตอร์ไซต์ไฟฟ้ากลับต้องการใช้งานแบตเตอรี่นานๆ (Slow discharge) ดังนั้นจึงต้องการการคายประจุในเวลามากกว่า 1 ชั่วโมง  จะเห็นได้ว่าการออกแบบแบตเตอรี่จะขึ้นกับวัตถุประสงค์ในการนำไปใช้งาน  หากอุตสาหกรรมหรือนักออกแบบในประเทศสามารถพัฒนาวิธีการควบคุมแบตเตอรี่ได้ จะช่วยส่งเสริมให้เกิดอุตสาหกรรมเพื่อการนำแบตเตอรี่ไปใช้ขึ้นอีกมากมาย เช่น ใช้ในเครื่องมือแพทย์ การบิน การทหาร การขนส่ง ฯลฯ  ซึ่งจะส่งผลให้เกิดการสร้างความมั่นคงด้านพลังงานของประเทศได้อย่างยั่งยืนต่อไป ทั้งนี้อุตสาหกรรมที่สนใจสามารถสอบถามข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่ 025646310 -11  หรือ www.decc.or.th