โรงไฟฟ้าพลังงานก๊าซ ( Gas turbine )
โรงไฟฟ้าพลังไอน้ำนั้น ได้มีการมาเป็นเวลานานเกือบปีมาแล้ว และมีการพัฒนาจนสามารถใช้งานได้ดี จ่ายกำลังไฟฟ้าได้สูงกว่า โรงไฟฟ้าที่ใช้ต้นกำลังอื่นขับหลายชนิด สำหรับโรงไฟฟ้าพลังงานก๊าซ ถูกคิดค้นเพื่อนำมาใช้งานเมื่อไม่นานมาเท่าไรนัก สาเหตุที่นำระบบก๊าซมาใช้ก็เนื่องจากว่า การสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานไอน้ำ จำเป็นต้องหาแหล่งน้ำที่ต้องใช้ปริมาณมากบางครั้งทำได้ลำบาก อาจจะต้องสร้างอ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่ขึ้นมา ทำให้สิ้นเปลืองค่าใช้จ่าย ตลอดจนปัญหาเรื่องหม้อน้ำ ซึ่งเปลืองพื้นที่ในการติดตั้ง และมักมีข้อขัดข้องเกิดขึ้น เมื่อเปรียบเทียบขนาดของโรงงานไฟฟ้าที่มีกำลังจ่ายไฟฟ้าเท่ากัน โรงไฟฟ้าพลังงานก๊าซจะมีขนาดเล็กกะทัดรัดกว่าโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ
1. หลักการทำงานของเครื่องกังหันก๊าซ
การทำงานของเครื่องกังหันก๊าซ คล้ายกับกังหันไอน้ำ โดยกังหันไอน้ำจะใช้พลังงาน
จากไอน้ำเป็นตัวขับกังหัน แล้วเปลี่ยนเป็นพลังงานกลขณะที่ไอน้ำวิ่งผ่านใบพัด พร้อมกับขยายตัวเป็นช่วง ๆ จนเข้าสู่เครื่องควบแน่น ( condenser ) ส่วนกังหันก๊าซนั้นตัวที่ขับกังหันจะเป็นก๊าซร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงภายในห้องเผ
าไหม้ 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
จากไอน้ำเป็นตัวขับกังหัน แล้วเปลี่ยนเป็นพลังงานกลขณะที่ไอน้ำวิ่งผ่านใบพัด พร้อมกับขยายตัวเป็นช่วง ๆ จนเข้าสู่เครื่องควบแน่น ( condenser ) ส่วนกังหันก๊าซนั้นตัวที่ขับกังหันจะเป็นก๊าซร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงภายในห้องเผ

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
2 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 ก็สามารถเดินเครื่องจ่ายไฟฟ้า แต่ถ้าเป็นโรงไฟฟ้า พลังงานไอน้ำจะต้องใช้เวลาในการออกแบบสร้าง และทดลองเดินเครื่องนานประมาณ 5 ปี
1. ต้นทุนการสร้างต่ำ
2. มีนำหนักเบา
3. สามารถเริ่มเดินเครื่องได้รวดเร็ว ใช้เวลาเพียง 40 –60 วินาทีเท่านั้น
4. อุปกรณ์ประกอบอื่น ๆ มีน้อย และประกอบอยู่ในชุดเดียวกัน
5. สามารถเคลื่อนย้ายไปติดตั้งในที่ที่ต้องการได้สะดวก รวดเร็ว ใช้เวลาเพียงไม่กี่สัปดาห์ ก็สามารถเดินเครื่องจ่ายไฟฟ้า แต่ถ้าเป็นโรงไฟฟ้า พลังงานไอน้ำจะต้องใช้เวลาในการออกแบบสร้าง และทดลองเดินเครื่องนานประมาณ 5 ปี
ข้อเสียของเครื่องกังหันก๊าซ
1. ความร้อนสูง ทำให้เกิดความเค้นต่อชิ้นส่วนภายในตัวกังหันสูงมาก จึงต้องมีการตรวจซ่อมบ่อย ๆ
2. ค่าใช้จ่ายในการผลิตสูง สิ้นเปลืองเชื้อเพลิงต่อหน่วยกิโลวัตต์ – ชั่วโมง มาก
3. มีประสิทธิ ภาพต่ำ เพราะกำลังที่ได้จ่ายเครื่องกังหันส่วนหนึ่งจะต้องนำไปใช้ขับเครื่องอัดอากาศ
1. ความร้อนสูง ทำให้เกิดความเค้นต่อชิ้นส่วนภายในตัวกังหันสูงมาก จึงต้องมีการตรวจซ่อมบ่อย ๆ
2. ค่าใช้จ่ายในการผลิตสูง สิ้นเปลืองเชื้อเพลิงต่อหน่วยกิโลวัตต์ – ชั่วโมง มาก
3. มีประสิทธิ ภาพต่ำ เพราะกำลังที่ได้จ่ายเครื่องกังหันส่วนหนึ่งจะต้องนำไปใช้ขับเครื่องอัดอากาศ
3. 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 )
หลักการทำงานเบื้องต้นของกังหันก๊าซ
1.เครื่องอัดอากาศจะอัดอากาศให้มีความดันสูง 8-10 เท่า
2.อากาศความดันสูงจะถูกส่งเข้าไปยังห้องเผาไหม้ที่มีเชื้อเพลิงก๊าซ(หรือน้ำมันดีเซล) ทำการเผาไหม้
3.อากาศร้อนในห้องเผาไหม้เกิดการขยายตัว ทำให้มีความดันและอุณหภูมิสูง
4.ส่งอากาศนี้ไปดันกังหันก๊าซ
5.เพลาของกังหันก๊าซจะอยู่แกนเดียวกันกับอุปกรณ์ต่างๆ ที่จะนำไปใช้งาน เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ฯลฯ
เครื่องอัดอากาศ ( Air Compressor )
เครื่องอัดอากาศ แบ่งออกเป็น 3 ชนิด คือ
1.เครื่องอัดอากาศแบบลูกสูบ ( Reciprocating Air Compressor )
2.เครื่องอัดอากาศแบบลูกสูบหลายขั้น ( Multistage Reciprcration Compressor )
3.เครื่องอัดอากาศแบบโรตารี ( Rotary Air Compressor )
1.เครื่องอัดอากาศจะอัดอากาศให้มีความดันสูง 8-10 เท่า
2.อากาศความดันสูงจะถูกส่งเข้าไปยังห้องเผาไหม้ที่มีเชื้อเพลิงก๊าซ(หรือน้ำมันดีเซล) ทำการเผาไหม้
3.อากาศร้อนในห้องเผาไหม้เกิดการขยายตัว ทำให้มีความดันและอุณหภูมิสูง
4.ส่งอากาศนี้ไปดันกังหันก๊าซ
5.เพลาของกังหันก๊าซจะอยู่แกนเดียวกันกับอุปกรณ์ต่างๆ ที่จะนำไปใช้งาน เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ฯลฯ
เครื่องอัดอากาศ ( Air Compressor )
เครื่องอัดอากาศ แบ่งออกเป็น 3 ชนิด คือ
1.เครื่องอัดอากาศแบบลูกสูบ ( Reciprocating Air Compressor )
2.เครื่องอัดอากาศแบบลูกสูบหลายขั้น ( Multistage Reciprcration Compressor )
3.เครื่องอัดอากาศแบบโรตารี ( Rotary Air Compressor )
แหล่งอ้างอิง
โรงงานไฟฟ้าพลังงานก๊าซ.[ออนไลน์].เข้าถึงได้จาก:
http://eestaff.kku.ac.th/~amnart/Power/gasturbine.doc
http://eestaff.kku.ac.th/~amnart/Power/gasturbine.doc