พลังงานคลื่นทะเลอาจเป็นพลังงานทดแทนชนิดใหม่ในอนาคตได้

          พลังงานสะอาดเป็นพลังงานที่สำคัญในปัจจุบันที่มุ่งหวังนำมาทดแทนพลังงานจากฟอสซิล (Fossil energy) ซึ่งเป็นพลังงานที่เป็นพิษและไม่ยั่งยืน พลังงานทดแทนซึ่งเป็นพลังงานสะอาดจะไม่มีการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ทำให้ไม่ส่งผลต่อการทำให้เกิดภาวะเรือนกระจก (Greenhouse effect) พลังงานสะอาดที่เรารู้จักกันดี นั่นคือ พลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลม ซึ่งเราสามารถกักเก็บ/เก็บเกี่ยวพลังงานเหล่านี้ให้กลายเป็นพลังงานไฟฟ้าได้จากอุปกรณ์โซลาร์เซลล์ (Solar cell) และกังหันลม (Wind turbine) ตามลำดับ อย่างไรก็ตามทั้ง 2 แหล่งพลังงานมีข้อจำกัดที่สำคัญที่ทำให้ไม่สามารถผลิตพลังงานได้อย่างเต็มสมรรถนะตลอด 24 ชั่วโมง กล่าวคือ พลังงานแสงอาทิตย์จะผลิตไฟฟ้าได้แค่ตอนกลางวัน ส่วนพลังงานลมจะมีประสิทธิภาพสูงในการผลิตพลังงานในบริเวณพื้นที่ที่มีลมพัดแรงเท่านั้น


          พลังงานคลื่นทะเล (Ocean wave energy) เป็นหนึ่งพลังงานสะอาดที่น่าสนใจ เนื่องจากมากกว่า 70% ของพื้นที่โลกปกคลุมไปด้วยน้ำทะเล ซึ่งคลื่นทะเลจะเกิดขึ้นอย่างสม่ำเสมอในทุกพื้นที่ของน้ำทะเล โดยเฉพาะบริเวณทะเลน้ำลึกจะยิ่งมีความแรงและผันผวนของคลื่นทะเลที่มากเป็นพิเศษ ^[2,3] นอกจากนั้น การเคลื่อนที่ของลมทะเลก็สามารถกระตุ้นให้คลื่นทะเลมีความแรงมากขึ้นได้อีกด้วย จึงทำให้แหล่งพลังงานชนิดนี้สามารถผลิตพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพตลอดเวลาเลยทีเดียว            จากรูปจะเห็นได้ชัดเจนว่าพลังงานจากคลื่นทะเลเป็นแหล่งพลังงานที่สามารถผลิตพลังงานได้จำนวนมากและค่อนข้างเหลือเฟือต่อการนำมาใช้ประโยชน์ อย่างไรก็ตามด้วยสภาพพื้นที่ของทะเลที่ค่อนข้างอันตรายต่อทั้งมนุษย์และโครงสร้างของอุปกรณ์กักเก็บพลังงานที่ทำการติดตั้ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งย่านทะเลน้ำลึก จึงเป็นสิ่งที่ท้าทายต่อนักวิจัยและวิศวกรในการพัฒนาอุปกรณ์ให้เหมาะสมในแต่ละพื้นที่


          ในปัจจุบันมีการพัฒนาอุปกรณ์กักเก็บพลังงานคลื่นทะเลหลากหลายรูปแบบ มีทั้งขนาดใหญ่ติดตั้งอยู่กับที่โดยให้น้ำทะเลไหลผ่านกังหันเพื่อผลิตไฟฟ้า หรือลักษณะเป็นทุ่นลอยกักเก็บพลังงานภายในของแต่ละทุ่น ^[4] นอกจากนั้นยังมีการนำอุปกรณ์ประเภทเพียโซอิเล็กทริก (Piezoelectric device) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่สามารถแปลงพลังงานเชิงกลเป็นพลังงานไฟฟ้ามาประยุกต์ใช้เก็บเกี่ยวพลังงานคลื่นทะเลอีกด้วย ^[5]  


          หนึ่งในระบบการกักเก็บพลังงานคลื่นทะเลชนิดใหม่ที่น่าสนใจอีกระบบหนึ่งซึ่งได้ถูกเสนอโดยกลุ่มนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย (University of California) สหรัฐอเมริกา นั่นคือ การสร้างอุปกรณ์เก็บเกี่ยวพลังงานที่มีลักษณะเหมือนพรมทะเล (Sea carpet) โดยจะเลียบแบบพฤติกรรมการเคลื่อนที่ของคลื่น สำหรับโครงสร้างหลักของอุปกรณ์ชนิดนี้จะประกอบไปด้วยแผ่นยางเรียบ ถูกวางติดตั้งไว้บนพื้นทะเล เนื่องจากความยืดหยุ่นของแผ่นยาง ทำให้เมื่อมีคลื่นมากระทบแผ่นยางนี้ก็จะขยับตามไปด้วย บริเวณฐานรองของแผ่นยางจะมีการติดตั้งปั๊มลูกสูบ (Piston pump) ซึ่งจะทำหน้าที่เป็นทั้งฐานรองและเป็นส่วนแปลงพลังงานเชิงกลเป็นพลังงานไฟฟ้า พลังงานไฟฟ้านี้จะถูกส่งผ่านสายไฟเคเบิ้ลตลอดตามทางที่ติดตั้งอุปกรณ์              นักวิจัยได้กล่าวว่า อุปกรณ์ชนิดนี้ต้นทุนต่ำ ติดตั้งง่าย และไม่กระทบต่อสิ่งแวดล้อมมากนัก โดยสามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพเมื่อเปรียบเทียบกับอุปกรณ์เก็บเกี่ยวพลังงานคลื่นทะเลชนิดอื่นที่ได้มีการพัฒนากันมา ซึ่งทุก ๆ หนึ่งตารางเมตรของพรม เมื่อทำการติดตั้งไว้บริเวณตามชายฝั่งของแคลิฟอร์เนีย จะสามารถผลิตไฟฟ้าได้ถึง 2.5 กิโลวัตต์ ซึ่งมากกว่าปริมาณการใช้ไฟฟ้าของบ้านเรือนชาวอเมริกันประมาณ 2 เท่าในทุกชั่วโมง นอกจากนั้นเมื่อเปรียบเทียบกับโซลาร์เซลล์ที่มีขายทั่วไป ถ้าต้องการให้ผลิตพลังงานได้เท่ากัน จะต้องสร้างอุปกรณ์พรมให้มีขนาดประมาณ 14 ตารางเมตร ซึ่งจะสามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้ 500 kW ใน 1 ชั่วโมง ทำให้เพียงพอต่อการจ่ายไฟฟ้าตามบ้านได้ถึง 400 หลังคาเรือน นักวิจัยยังได้กล่าวเพิ่มเติมว่าถ้านำอุปกรณ์นี้ไปติดตั้งบริเวณอื่นของทะเลที่มีความแรงและความผันผวนของคลื่นสูง ก็จะทำให้ผลิตพลังงานไฟฟ้าได้มากกว่านี้ ซึ่งจะสามารถทำให้พลังงานคลื่นทะเลกลายเป็นแหล่งพลังงานทดแทนที่น่าสนใจเลยทีเดียว


          อย่างไรก็ตามถึงแม้ว่าแนวคิดนี้อาจจะเป็นแนวคิดที่สามารถยกระดับทำให้แหล่งพลังงานคลื่นทะเลกลายเป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญได้ แต่ก็ยังพบว่าต้นทุนการติดตั้งอุปกรณ์ในท้องทะเลยังสูงอยู่ ความคุ้มค่าจึงควรพิจารณา นอกจากนั้นก็ยังเป็นที่ถกเถียงกันต่อว่า อุปกรณ์ที่สร้างขึ้นในท้องทะเลยิ่งมีขนาดใหญ่มากเท่าใด อาจจะกระทบต่อสิ่งมีชีวิตภายในทะเลด้วย เพราะฉะนั้นปัจจัยนี้จึงเป็นอีกหนึ่งปัจจัยสำคัญที่นักวิจัยไม่ควรมองข้ามในการออกแบบ เพื่อให้เราสามารถอยู่กับสิ่งมีชีวิตชนิดอื่นได้อย่างสันติและยั่งยืน 
 

อ้างอิง
 

• [1] Example image obtained from https://ensia.com/articles/waves/ (สืบค้นเมื่อ 7 กันยายน พ.ศ. 2562)
• [2] K. Gunn and C. Stock-Williams,  Quantifying the global wave power resource, Renewable Energy 44 (2012), 296-304.
• [3] J. Morim et al.,  Wave energy resource assessment along the Southeast coast of Australia on the basis of a 31-year hindcast, Applied Energy 184 (2016), 276-297. 
• [4] B. Drew et al.,  A review of wave energy converter technology, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy 223 (2009), 887-902. 
• [5] V. Nguyen et al.,  A review on energy harvesting from ocean waves by piezoelectric technology, Journal of Modeling in Mechanics and Materials 1 (2017). 
• [6] M. Lehmann et al.,  An artificial seabed carpet for multidirectional and broadband wave energy extraction: Theory and Experiment, Proceedings of 10th European Wave and Tidal Energy Conference (EWTEC2013), Aalborg, Denmark.