การลดต้นทุนด้านพลังงานของโรงฆ่าสัตว์ด้วยการผลิตน้ำร้อนจากปั๊มความร้อน เสริมด้วยการผลิตไฟฟ้าและน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์

Abstract

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาการลดต้นทุนทางด้านพลังงานของโรงฆ่าสัตว์เทศบาลตำบลไชยปราการ จังหวัดเชียงใหม่ ด้วยการผลิตน้ำร้อนจากปั๊มความร้อนเสริมด้วยการผลิตไฟฟ้าและน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ (Solar PV/T Boosted Heat Pump) โดยการศึกษาแบ่งออกเป็น 5 ส่วน ส่วนแรกเป็นการทดสอบสมรรถนะของปั๊มความร้อน แผงผลิตไฟฟ้าและน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ (Solar PV/T) และแผงผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ (Solar PV) จากศึกษาพบว่า ปั๊มความร้อนมีค่าเฉลี่ย EER เท่ากับ 2.95 kWth/kWe แผง Solar PV/T แบบมีกระจกครอบและแผง Solar PV มีประสิทธิภาพเฉลี่ยเท่ากับ 54.13% และ 15.10% ตามลำดับ ส่วนที่สองเป็นการใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ในการออกแบบขนาดและจำนวนของระบบปั๊มความร้อนเสริมด้วยการผลิตไฟฟ้าและน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ที่เหมาะสมกับการใช้งานในโรงฆ่าสัตว์ ซึ่งพบว่า ระบบที่เหมาะสมประกอบไปด้วยปั๊มความร้อนขนาด 17.8 kWth ใช้สารทำงาน R134a ใช้แผง Solar PV/T แบบมีกระจกครอบ ขนาดกำลังไฟฟ้า 295 Wp จำนวน 4 แผง และแผงเซลล์แสงอาทิตย์ขนาดกำลังไฟฟ้า 370 Wp จำนวน 14 แผง เพื่อผลิตน้ำร้อนเก็บในถังเก็บน้ำร้อนขนาด 3,000 L สำหรับส่วนที่สามของการศึกษาเป็นการหาอัตราการไหลของน้ำผ่านแผง Solar PV/T ในการใช้งานจริง จากการทดสอบพบว่า ที่อัตราการไหล 8.2 LPM เหมาะสมในการใช้งานมากที่สุด โดยมีค่าสูงสุดของอัตราส่วนประสิทธิภาพพลังงาน (EER) ของปั๊มความร้อนเท่ากับ 4.74 kWth/kWe และมีค่าเฉลี่ยเท่ากับ 3.38 kWth/kWe ตามลำดับ ในส่วนที่สี่เป็นการศึกษาการใช้พลังงานไฟฟ้าของระบบ Solar PV/T Boosted Heat Pump เมื่อใช้งานจริงใน 1 รอบการผลิต โดยระบบเริ่มทำงานตั้งแต่เวลา 12:00 น. และจะหยุดทำงาน ณ เวลา 17:00 น. สามารถผลิตน้ำร้อนได้ 55.2 °C จากนั้นระบบจะกลับมาเริ่มทำงานใหม่ในวันถัดไปตั้งแต่ 08:00 ถึง 10:40 น. ซึ่งทำให้ได้น้ำร้อนอุณหภูมิ 65 °C ปริมาณ 2,500 ลิตร ดังนั้นเวลาที่ใช้ในการผลิตน้ำร้อนต่อรอบการผลิตเท่ากับ 7 h 40 min สำหรับค่าสูงสุดของ EER ของปั๊มความร้อนเท่ากับ 3.99 kWth/kWe และมีค่าเฉลี่ย 2.97 kWth/kWe ค่าสมรรถนะทางไฟฟ้า (PR) ของระบบ Solar PV และระบบ Solar PV/T มีค่าเฉลี่ยเท่ากับ 70.17% และ 78.41% ตามลำดับ ระบบ Solar PV/T Boosted Heat Pump มีการใช้พลังงานไฟฟ้าทั้งหมด 40.32 kWh/รอบ โดยได้จากระบบ Solar PV/T และระบบ Solar PV เท่ากับ 20.10 kWh/รอบ และใช้พลังงานไฟฟ้าจากระบบไฟฟ้าพื้นฐานมาเพิ่มอีก 20.22 kWh/รอบ ระบบ Solar PV/T Boosted Heat Pump มีประสิทธิภาพโดยรวมเท่ากับ 59.28% สำหรับส่วนสุดท้ายเป็นการวิเคราะห์ทางด้านเศรษฐศาสตร์จากแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เพื่อทำนายการใช้พลังงานไฟฟ้าตลอดทั้งปีของระบบ จากการศึกษาพบว่า ระบบ Solar PV/T Boosted Heat Pump สามารถลดการใช้พลังงานไฟฟ้าลงได้ 27,512.69 kWh/year คิดเป็นเงินที่ประหยัดได้ 125,457.87 Baht/year หรือลดลง 75% เมื่อเทียบกับระบบผลิตน้ำร้อนเดิมที่ใช้ขดลวดไฟฟ้า ค่าดัชนีการใช้พลังงานจำเพาะ (SEC) ลดลงได้จากเดิมที่มีค่าเท่ากับ 7.33 kWh/ตัว หรือ 33.41 Baht/ตัว ให้เหลือเพียง 1.83 kWh/ตัว หรือ 8.36 Baht/ตัว โดยระบบ Solar PV/T Boosted Heat Pump ใช้เงินลงทุนเท่ากับ 708,060 Baht คิดเป็นระยะคืนทุน 6.07 year และมีอัตราผลตอบแทน (IRR) เท่ากับ 14.24% ตามลำดับ