สถานที่ใดในประเทศไทยที่เป็นแหล่งของพลังงานความร้อนใต้พิภพ

อธิบดีกรมทรัพยากรน้ำบาดาล เผยพบแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพ 16 พื้นที่ จากแหล่งน้ำพุร้อน 112 แห่ง เร่งพัฒนาเป็นแหล่งพลังงานทดแทนและปรับให้เป็นแหล่งท่องเที่ยว

            วันที่ 9 มีนาคม 2558 นายปราณีต ร้อยบาง อธิบดีกรมทรัพยากรน้ำบาดาล (ทบ.) กระทรวงทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม (ทส.) เปิดเผยว่า ประเทศไทย มีน้ำบาดาลร้อน หรือแหล่งน้ำพุร้อนกระจายอยู่ จำนวน 112 แห่ง ตามภูมิภาคต่าง ๆ จัดเป็นพลังงานความร้อนใต้พิภพที่กำลังได้รับความสนใจและมีความสำคัญไม่น้อยกว่าพลังงานอื่น ๆ

            ทั้งนี้ น้ำพุร้อน หรือ น้ำบาดาล ที่มีอุณหภูมิสูงกำลังจะกลายเป็นต้นทุนพลังงานสำคัญของประเทศไทยในไม่ช้า เนื่องจากปัจจุบันองค์ความรู้และเทคโนโลยีด้านต่าง ๆ มีการพัฒนาไปอย่างต่อเนื่อง ตลอดจนมีการติดต่อสื่อสารและขนส่งสะดวกสบายมากขึ้น จึงเป็นไปได้สูงที่ประเทศไทยจะสามารถพัฒนาแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพ เพื่อสนับสนุนอุตสาหกรรมท้องถิ่น การพัฒนาเพื่อการท่องเที่ยว และการแปรรูปผลิตผลทางการเกษตร

            ซึ่งจากการดำเนินการศึกษาและสำรวจแหล่งน้ำพุร้อนที่เหมาะสมต่อการผลิตพลังงานความร้อนใต้พิภพ เพื่อคัดเลือกแหล่งน้ำพุร้อนที่มีแนวโน้มและศักยภาพน่าจะเป็นแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพที่เหมาะสมแล้ว 16 พื้นที่ จากแหล่งน้ำพุร้อน 112 แห่ง และได้คัดเลือกให้เหลือ 5 พื้นที่ เพื่อสำรวจธรณีวิทยาและศึกษารายละเอียดเชิงลึกในพื้นที่ ได้แก่

            จากนั้นจะคัดเลือกพื้นที่ที่ดีที่สุด 1 แห่ง เพื่อเจาะบ่อสำรวจในระดับความลึกไม่น้อยกว่า 1,000 เมตร เพื่อเป็นต้นแบบการพัฒนาแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพของประเทศไทยต่อไป

            นายปราณีต  กล่าวต่อว่า คาดหวังว่าจะพบแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพที่สามารถให้อุณหภูมิระดับสูง พอจะพัฒนาขึ้นมาใช้ประโยชน์ได้ในอุณหภูมิที่ต้องการ เช่น การใช้เป็นแหล่งพลังงานสำหรับผลิตไฟฟ้า ซึ่งตัวอย่างการนำน้ำพุร้อนไปผลิตกระแสไฟฟ้าในประเทศไทยที่มีการดำเนินการในปัจจุบันคือ โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพ อ.ฝาง จ.เชียงใหม่ มีกำลังการผลิต 300 กิโลวัตต์ แต่หากอุณหภูมิของน้ำร้อนที่ผิวดินไม่สูงพอ ก็สามารถจะพัฒนาเป็นแหล่งพลังงานสำหรับห้องอบแห้งผลผลิตทางการเกษตร สปา ห้องอาบน้ำแร่ ซึ่งในแง่ของชาวบ้านในท้องถิ่น เขาจะสามารถพัฒนาเป็นแหล่งท่องเที่ยวต่อไปได้ในอนาคต

            ด้าน นางอรัญญา เฟื่องสวัสดิ์ ผู้อำนวยการสำนักสำรวจและประเมินศักยภาพน้ำบาดาล กล่าวถึงการดำเนินโครงการนี้ว่า การพัฒนาน้ำบาดาลขึ้นมาใช้ สามารถนำไปทำประโยชน์เพื่อแก้ไขปัญหาได้ทั้งทางตรงและทางอ้อม ทางตรง คือ แก้ปัญหาภัยแล้งการขาดแคลนน้ำอุปโภคบริโภค ทางอ้อม คือ การนำน้ำบาดาลมาแก้ปัญหาการขาดแคลนพลังงานในบางพื้นที่ด้วยรูปแบบพลังงานทดแทน เพราะพลังงานความร้อนใต้พิภพ คือการนำน้ำบาดาลที่อยู่ภายใต้อุณหภูมิสูงมาก ๆ ขึ้นมาพัฒนาเป็นพลังงานไฟฟ้า หรือใช้เป็นพลังงานทดแทนเสริมกับแหล่งพลังงานที่มีอยู่

ภาพประกอบไม่เกี่ยวข้องกับข้อมูล
อ่านรายละเอียดเพิ่มเติมจาก

    พลังงานความร้อนใต้พิถพ คือ พลังงานธรรมชาติที่เกิดจากความร้อน ที่ถูกกักเก็บอยู่ใต้ผิวโลก โดยปกติแล้วอุณหภูมิภายใต้ผิวโลกจะเพิ่มขึ้น ตามความลึก คือยิ่งลึกลงไป อุณหภูมิจะยิ่งสูงขึ้น และบริเวณส่วนล่างของ ชั้นเปลือกโลก หรือที่ความลึกประมาณ 25-30 กิโลเมตร อุณหภูมิจะมีค่าอยู่ในเกณฑ์เฉลี่ย ประมาณ 250-1,000 องศาเซลเซียส ในขณะที่จุดศูนย์กลางของโลก อุณหภูมิอาจจะสูงถึง 3,500-4,500 องศาเซลเซียส โดยความร้อนจะมีการหมุนเวียนอยู่อย่างต่อเนื่องในใต้พิภพ

โรงงานไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพในไทย

โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพฝาง

    โรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพฝาง ตั้งอยู่ที่ ตำบลม่อนปิ่น อำเภอฝาง จังหวัดเชียงใหม่ ห่างจากตัวเมืองประมาณ 150 กิโลเมตร ตามทางหลวงแผ่นดินสาย 107 และห่างจากตัวอำเภอไปทางทิศตะวันตกประมาณ 10 กิโลเมตร อยู่ติดกับบ่อน้ำร้อนฝาง ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพที่พบอยู่ตามธรรมชาติ 

โรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพ ระบบ 2 วงจร
     ความเป็นมา

    การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.) ได้ร่วมกับคณะทำงานอันประกอบด้วย กรมทรัพยากรธรณี และ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ ดำเนินการสำรวจศักยภาพของการพัฒนาแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพในขั้นรายละเอียดของแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพ อำเภอสันกำแพง และอำเภอฝาง จังหวัดเชียงใหม่ ตั้งแต่ปี พ.ศ.2521 เป็นต้นมา และได้รับความร่วมมือจาก องค์การเพื่อการจัดการด้านพลังงานประเทศฝรั่งเศส ซึ่งให้ความช่วยเหลือในด้านวิชาการและผู้เชี่ยวชาญมาตั้งแต่ปี พ.ศ.2524 ผลการสำรวจ สรุปได้ว่า น้ำร้อนจากหลุมเจาะระดับตื้นของแหล่งฝางมีความเหมาะสมต่อการนำมาผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยระบบ 2 วงจร ขนาดกำลังผลิต 300 กิโลวัตต์ ดังนั้นในปี พ.ศ.2531 กฟผ. จึงได้จัดหาเครื่องกำเนิดไฟฟ้าระบบ 2 วงจรขนาดกำลังผลิต 300 กิโลวัตต์ มาติดตั้งเป็นโรงไฟฟ้าสาธิตที่ใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพเป็นแห่งแรก และเพื่อวิเคราะห์ผลการใช้งานด้วย 

น้ำพุร้อนที่ได้ระหว่างการเจาะสำรวจ

ท่อน้ำร้อนจากหลุมผลิต

การติดตั้ง

    ติดตั้งระหว่างเดือนมกราคม-ธันวาคม 2532 โดยได้รับความอนุเคราะห์ และสนับสนุนเป็นอย่างดียิ่งจาก กรมวิชาการเกษตร กรมป่าไม้ กรมการพลังงานทหาร และองค์การบริหารส่วนจังหวัดของเชียงใหม่

ลักษณะของโรงไฟฟ้า

    โรงไฟฟ้าระบบ 2 วงจรโดยทั่วไปเป็นโรงไฟฟ้าที่ใช้กับแหล่งพลังงานความร้อนที่มีอุณหภูมิปานกลาง มีหลักการทำงาน คือนำน้ำร้อนไปถ่ายเทความร้อนให้กับของเหลวหรือสารทำงาน (Working Fluid) ที่มีจุดเดือดต่ำจนกระทั่งเดือดเป็นไอ แล้วนำไอนี้ไปหมุนกังหันเพื่อขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าผลิตไฟฟ้าออกมา สำหรับโรงไฟฟ้าขนาดกำลังผลิต 300 กิโลวัตต์ที่ฝางนี้ใช้น้ำร้อนจากหลุมเจาะระดับตื้นที่มีอุณหภูมิ 130 องศาเซลเซียส มีปริมาณการไหล 16.5 ถึง 22 ลิตร/วินาที มาถ่ายเมความร้อนให้กับสารทำงานและใช้น้ำที่อุณหภูมิ 15-30 องศาเซลเซียส ปริมาณ 72 ถึง 94 ลิตร/วินาที เป็นตัวหล่อเย็น 

โรงไฟฟ้าระบบ 2 วงจร ขนาด 300 กิโลวัตต์ 

การจ่ายไฟฟ้า

    กระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้ประมาณปีละ 1.2 ล้านหน่วย (กิโลวัตต์-ชั่วโมง) จะถูกส่งเข้าสู่ระบบของการไฟฟ้าส่วนภูมิภาคเพื่อจ่ายให้ผู้ใช้ไฟฟ้าต่อไป 

อาคารควบคุมและหม้อแปลงไฟฟ้า

    นอกจากนี้ กฟผ. ได้ติดตั้งเครื่องปรับอากาศระบบดูดละลายเพื่อใช้ประโยชน์จากน้ำร้อนที่ออกจากโรงไฟฟ้า ในการทำความเย็นสำหรับห้องเย็นเพื่อเก็บรักษาพืชผลทางการเกษตรและห้องทำงาน ส่วนน้ำที่เหลือใช้แล้วยังสามารถนำไปใช้ในกิจการเพื่อกายภาพบำบัดและการท่องเที่ยวได้อีก ซึ่งกรมป่าไม้มีโครงการที่จะนำมาใช้ต่อไป ท้ายที่สุดน้ำทั้งหมดซึ่งมีสภาพเป็นน้ำอุ่นจะถูกปล่อยลงไปผสมกับน้ำตามธรรมชาติในลำน้ำ เป็นการเพิ่มปริมาณน้ำให้กับเกษตรกรในฤดูแล้งได้อีกทางหนึ่ง ในแต่ละปีน้ำที่ปล่อยออกจากโรงไฟฟ้า อำเภอฝางนี้จะมีปริมาณ 5 แสนลูกบาศก์เมตร ซึ่งสามารถนำไปใช้ในการอุปโภคและใช้ในการเกษตรได้ ทั้งหมดที่กล่าวมานับเป็นผลพลอยได้จากการผลิตไฟฟ้าซึ่งเป็นหน่วยงานที่เกี่ยวข้องได้ร่วมกันจัดทำเป็นโครงการอเนกประสงค์ขึ้น

ห้องอาบน้ำแร่

ห้องอบแห้งและห้องเย็น
สำหรับเก็บรักษาผลิตผลทางการเกษตร

ลักษณะพิเศษชองโรงไฟฟ้า อ.ฝาง

    เป็นโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพแห่งแรกในประเทศไทยที่นำทรัพยากรธรรมชาติคือน้ำร้อนที่มีอยู่ใต้ดินมาใช้ให้เกิดประโยชน์และเป็นโรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพระบบ 2 วงจร แห่งแรกในเอเชียอาคเนย์ด้วย 

แผนภาพแสดงการทำงานของโครงการอเนกประสงค์พลังงานความร้อนใต้พิภพฝาง

วิเคราะห์และประเมินผล
    เนื่องจากการสร้างโรงไฟฟ้าแห่งนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อเป็นการสาธิตการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานความร้อนใต้พิภพ ดังนั้นจึงได้มีการนำข้อมูลต่างๆ ไปวิเคราะห์และประเมินผลเพื่อใช้เป็นแนวทางในการวางแผนพัฒนาแหล่งพลังงานชนิดนี้ในประเทศต่อไป ซึ่งนอกเหนือจากการผลิตไฟฟ้าแล้วคาดว่าผลที่ได้รับจากโครงการอเนกประสงค์จะช่วยสนับสนุนให้สามารถขยายงานพัฒนาพลังงานชนิดนี้จนก่อให้เกิดประโยชน์สูงสุดต่อส่วนรวมได้

แนวโน้มของการพัฒนาในอนาคต
    กฟผ. ได้ตกลงร่วมมือกับองค์การเพื่อการจัดการด้านพลังงานประเทศฝรั่งเศส ในการที่จะสำรวจหาศักยภาพของแหล่งกักเก็บพลังานความร้อนใต้พิภพระดับลึกที่แหล่งฝางต่อไปเพื่อขยายกำลังผลิตเท่าที่จะเป็นไปได้ โครงการความร่วมมือนี้ใช้เวลาดำเนินการ 5 ปี คือตั้งแต่ปี พ.ศ.2533-2538 สำหรับระยะเวลา 2 ปีแรกเป็นการสำรวจทางธรณีวิทยา ทางธรณีฟิสิกส์ รวมถึงการเจาะสำรวจระดับตื้น จากผลการสำรวจในขั้นตอนนี้จะสามารถบ่งบอกถึงศักยภาพของการสำรวจในระยะต่อไป ซึ่จะเป็นการเจาะสำรวจเพื่อพิสูจน์ทราบถึงศักยภาพของแหล่งกักเก็บที่แท้จริง ที่จะเป็นตัวแปรสำคัญของการประเมินกำลังผลิตที่จะติดตั้งต่อไป

สรุป
    โรงไฟฟ้าพลังความร้อนใต้พิภพ อำเภอฝาง เป็นส่วนหนึ่งของการพัฒนาพลังงานทดแทนของ กฟผ. ที่ได้สนองนโยบายของรัฐบาลเกี่ยวกับการนำเอาทรัพยากรธรรมชาติที่ยังไม่เคยใช้มาก่อนมาผลิตไฟฟ้าทดแทนน้ำมัน และถ่านหินเป็นที่หวังว่า หากพบแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพที่มีศักยภาพเพิ่มขึ้น ก็จะมีการขยายกำลังผลิตของโรงไฟฟ้าชนิดนี้เพื่อสนองความต้องการทางไฟฟ้าของประเทศเท่าที่จะเป็นไปได้ในอนาคต

ผลการสำรวจแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพทางภาคเหนือของประเทศไทย

ต้นกำเนิดความร้อน
    แหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพทางภาคเหนือของประเทศไทยส่วนใหญ่มีต้นกำเนิดความร้อนมาจากการถ่ายเทความร้อนของหินหนืดร้อนใต้ผิวโลกผ่านชุดหินที่เป็น Heat Transfer Layer และบางส่วนอาจเกิดจากกระบวนการ Radiogenic Heating กล่าวคือเกิดจากาการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสี เช่น ยูเรเนียม และทอเรียม ในหินแกรนิตที่แทรกตัวขึ้นมาใกล้ผิวโลก 

จากการศึกษาค่า Heat Production ของตัวอย่างหินบริเวณเทือกเขาขุนตาล อ.แม่ทา จ.ลำพูน มีค่าประมาณ 17kw/km3 ซึ่งสูงกว่าหิรแกรนิตทั่วไปซึ่งมีค่าประมาณ 2.5 kw/km3 (Ramingwong et at., 1980) และจากการศึกษาค่า Heat Generation ในประเทศไทยพบว่าค่า Heat Generation ในภาคเหนือมีค่าสูงกว่าที่พบในบริเวณอื่นๆ ทั่วโลก คือสูงถึง 47.1x10-13 cal/sec.cm3 (Thienprasert et al., 1982)

ในต่างประเทศที่อยู่ในเขตภูเขาไฟปัจจุบัน เช่น ประเทศฟิลิปปินส์ และประเทศอินโดนีเซีย เป็นต้น แหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพมีต้นกำเนิดความร้อนจากหินภูเขาไฟเหล่านี้ แต่สำหรับประเทศไทย หินภูเขาไฟที่พบในบริเวณใกล้เคียงกับแหล่งน้ำพุร้อนส่วนใหญ่มีอายุแก่มากเกินกว่าที่จะเป็นต้นกำเนิดความร้อนได้ ส่วนหินภูเขาไฟยุค

ต้นกำเนิดของน้ำร้อน
    โดยทั่วไปต้นกำเนิดของน้ำร้อนที่พบในแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพแต่ละแหล่งในโลก มักมีต้นกำเนิดจากน้ำเย็นบนผิวดินหรือน้ำฝน (Meteoric Water) ที่ไหลซึมผ่านช่องว่างหรือรอยแตกของหินลึกลงไปใต้ดินได้รับความร้อนจากหินร้อนทำให้มีอุณหภูมิและความดันสูงขึ้น ไหลกลับสู่เบื้องบนและมาสะสมตัวในแหล่งกักเก็บที่เหมาะสม นอกจากนี้ปริมาณของน้ำใต้ดินบางส่วนอาจจะมาจากไอน้ำของหินหนืดที่เย็นตัว (Magmatic Water) และน้ำที่กักเก็บในช่องว่างระหว่างเม็ดแร่ประกอบหิน (Connate Water) หรือน้ำที่ได้จากการตกผลึกของหินบางชนิด สำหรับแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพทางภาคเหนือของประเทศไทย มีต้นกำเนิดของน้ำร้อนเช่นเดียวกับแหล่งื่อนๆ ทั่วโลก คือมีต้นกำเนิดจากน้ำเย็นบนผิวดิน Giggenbach (1977) ทำการศึกษาวิจัยไอโซโทปของธาตุดิวทีเรียม (D) และธาตุออกซิเจน-18 (18O) ของตัวอย่างน้ำร้อนและน้ำเย็น โดยเฉพาะแหล่งน้ำพุร้อนป่าแป๋ และแหล่งน้ำพุร้อนฝาง พบว่าส่วนประกอบของธาตุดิวทีเรียมและธาตุออกซิเจน-18 ของน้ำร้อนและน้ำเย็นมีปริมาณที่ใกล้เคียงกัน

การเกิดน้ำพุร้อน ต้นกำเนิดน้ำร้อน และต้นกำเนิดความร้อน

ธรณีวิทยาโครงสร้างของแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพ
    ลักษณะธรณีวิทยาโครงสร้างที่มีความสำคัญต่อระบบพลังงานความร้อนใต้พิภพทางภาคเหนือของประเทศไทย ได้แก่รอยเลื่อน (Fault) และรอยแยก (Joints) ส่วนโครงาร้างทางธรณีวิทยาอื่นๆ เช่น ระนาบของชั้นหิน (Bedding) รอยคดโค้ง (Folding) ริ้วขนาน (Foliation) มีความสัมพันธ์กับแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพทางภาคเหนือเช่นกัน แต่มีบทบาทน้อยกว่า เนื่องจากโครงสร้างประเภทแรกมีช่องว่างที่ให้น้ำร้อนไหลซึมขึ้นมาสู้ผิวดินได้มากกว่า ดังจะเห็นได้จากแหล่งน้ำพุร้อนแทบทุกแห่งที่ปรากฎทางภาคเหนือ มักมีความสัมพันธ์หรืออยู่ภายใต้อิทธิพลของรอยเลื่อน (Fault Controlled) ทั้งที่เป็นรอยเลื่อนที่ยังมีพลัง (Active Fault) หรือ Conecealed Fault รอยเลื่อนที่สำคัญและเชื่อว่ายังคงมีพลัง คือรอยเลื่อนแม่ทา ซึ่งมีลักษณะแบบครึ่งวงกลม (Semi-Circular Structure) ปรากฎอยู่ ทางด้านทิศตะวันออกของจังหวัดเชียงใหม่ และสามารถพบแหล่งน้ำพุร้อนหลายแหล่งปรากฎอยู่ในบริเวณรอยเลื่อนนี้ เช่น แหล่งน้ำพุร้อนโป่งฮ่อม อำเภอสันกำแพง แหล่งน้ำพุร้อนโป่งกุ่ม อำเภอดอยสะเก็ด จังหวัดเชียงใหม่ และแหล่งน้ำพุร้อนในบริเวณอำเภอแม่ทา จังหวัดลำพูน เป็นต้น รอยเลื่อนแม่สะเรียง-แม่ฮ่องสอน เป็นรอยเลื่อนธรรมดา (Normal Fault) วางตัวอยู่ในแนวเหนือ-ใต้ มีความยาวมากกว่า 100 กิโลเมตร และพบน้ำพุร้อนที่เกิดอยู่ในแนวรอยเลื่อนนี้คือ แหล่งน้ำพุร้อนอุมลองหลวง อำเภอแม่สะเรียง เป็นต้น รอยเลื่อในแนวประมาณทิศตะวันออก-ตะวันตก ซึ่งเป็นรอยเลื่อนฝาง-แม่จัน มีความยาวประมาณ 140 กิโลเมตร และมีน้ำพุร้อนที่เกิดร่วมกับรอยเลื่อนนี้ได้แก่ แหล่งน้ำพุร้อนฝาง แหล่งน้ำพุร้อนโป่งเมืองงาม และ แหล่งน้ำพุร้อนแม่จัน เป็นต้น รอยเลื่อนในแนวทิศตะวันออกเฉียงเหนือ-ตะวันตกเฉียงใต้ บริเวณจังหวัดแพร่ ซึ่งเป็นรอยเลื่อนสัมผัสระหว่างหินภูเขาไฟยุค Permo-Triassic กับหินตะกอนที่เกินในทะเล (Marine) ยุค Triassic สามารถพบแหล่งน้ำพุร้อนที่เกิดตามรอยเลื่อนนี้ได้แก่ แหล่งน้ำพุร้อนบ้านแม่จอก และ แหล่งน้ำพุร้อนบ้านปันเจน อำเภอวังชิ้น จังหวัดแพร่ เป็นต้น ผลจากการศึกษาวิจัยตัวอย่างหินจากหลุมเจาะที่บริเวณแหล่งน้ำพุร้อน อำเภอสันกำแพง อำเภอฝาง อำเภอพร้าว และอำเภอวังชิ้น พบรอยแยกและรอยเลื่อนขนาดเล็กมากมายปรากฎในตัวอย่างหินที่ระดับความลึกต่างๆ กัน ซึ่งแสดงให้เห็นว่าแหล่งกักเก็บพลังงานความร้อนใต้พิภพน่าจะเป็นแหล่งกักเก็บที่เกิดจากรอยเลื่อนและรอยแยกของหินมากกว่าแหล่งกักเก็บที่เกิดจากความพรุนของหิน

 ลักษณะการกำเนิดและความสัมพันธ์ร่วมกับหินชนิดต่างๆ
แหล่งน้ำพุร้อนทางภาคเหนือของประเทศไทยมีมากกว่า 50 แหล่ง ซึ่งสามารถจำแนกลักษณะการกำเนิดและความสัมพันธ์ของหินชนิดต่างๆ ได้ 4 ประเภทคือ 

1).แหล่งน้ำพุร้อนที่เกิดในหินแกรนิต
ส่วนใหญ่เป็นยุค Triassic มีประมาณ 20% เช่น แหล่งน้ำพุร้อนเทพนม แหล่งน้ำพุร้อนป่าแป๋ และ แหล่งน้ำพุร้อนเมืองแปง เป็นต้น 

2). แหล่งน้ำพุร้อนที่เกิดใกล้รอยสัมผัลของหินแกรนิตกับหินชั้นหรือหินแปร
มีประมาณ 30% เช่น แหล่งน้ำพุร้อนฝาง แหล่งน้ำพุร้อนแม่จัน เป็นต้น 

3). แหล่งน้ำพุร้อนที่เกิดในชั้นหินแปรชนิดเกรดต่ำซึ่งอยู่ไม่ห่างจากหินแกรนิต (ประมาณ 5-10 กิโลเมตร)
มีประมาณ 40% เช่นแหล่งน้ำพุร้อนโป่งฮ่อม แหล่งน้ำพุร้อนโป่งจ๊ะจา เป็นต้น 

4). แหล่งน้ำพุร้อนที่เกิดอยู่ในแอ่งตะกอนยุค Tertiary
มีประมาณ 10% เช่น แหล่งน้ำพุร้อนบ้านโป่งน้ำร้อน อำเภอเกาะคา และ แหล่งน้ำพุร้อนบ้านโป่ง อำเภอพร้าว เป็นต้น

พลังงานความร้อนใต้พิภพเกิดขึ้นได้อย่างไร

    พลังงานควมร้อนใต้พิภพ มักพบในบริเวณที่เรียกว่า Hot Spots คือบริเวณที่มีการไหล หรือแผ่กระจาย ขอความร้อน จากใต้ผิวโลกขึ้นมาสู่ผิวดินมากกว่าปกติ และมีค่าการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิตามความลึก มากกว่าปกติประมาณ 1.5-5 เท่า เนื่องจากบริเวณดังกล่าว เปลือกโลกมีการเคลื่อนที่ ทำให้เกิดรอยแตกของชั้นหิน ปกติแล้วขนาดของแนวรอยแตก ที่ผิวดินจะใหญ่และค่อยๆเล็กลเมื่อลึกลงไปใต้ผิวดิน และเมื่อมีฝนตกลงมาในบริเวณนั้น ก็จะมีน้ำบางส่วนไหลซึม ลงไปใต้ผิวโลก ตามแนวลยแตกดังกล่าว น้ำนั้นจะไปสะสมตัว และรับความร้อนจากชั้นหิน ที่มีความร้อนจกระทั่งน้ำกลายเป็นน้ำร้อนและไอน้ำ แล้วจะพยายามแทรกตัวตามแนวรอยแตกขอชั้นหิน ขึ้นมาบนผิวดิน และปรากฏให้เห็นในรูปของบ่น้ำร้อน,น้ำพุร้อน,ไอน้ำร้อน,บ่อโคลนเดือด เป็นต้น

ลักษณะขอแหล่งพลังนความร้อนใต้พิภพที่พบในโลก

    แหล่งพลังานานความร้อนใต้พิภพที่พบในโลกแบ่งเป็นลักษณะใหญ่ๆ ได้3ลักษณะ คือ

    1). แหล่งที่เป็นไอน้ำส่วนใหญ่ เป็นแหล่งกักเก็บความร้อนที่ประกอกด้วย ไอ้น้ำมกกว่า 95% โดยทั่วไปมักจะเป็น แหล่งที่ีความสัมพันธ์ใกล้ชิด กับหินหลอมเหลวร้อนที่อย่ตื้นๆ อุณหภูมิของไอน้ำรอนะสูงกว่า 240 องศา ขึ้นไป แหล่งที่เป็นไอน้ำส่วนใหญ่นี้ จะพบน้อยมากในโลก แต่สามารถนำมาใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าได้มากสุด 

    2). แหล่งที่เป็นน้ำร้อนส่วนใหญ่ เป็นแหล่งสะสมความร้อนที่ประกอบไปด้วย น้ำร้อนเป็นส่วนใหญ่ อุณหภูมิน้ำร้อนจะมีตั้งแต 100องศา ขึ้นไป ระบบนี้จะพบมากที่สุดในโลก

     3). แหล่งหินร้อนแห้ง  เป็นแหล่งสะสมความร้อน ที่เป็นหินเนื้อแน่น แต่ไม่มีน้ำร้อนหรือไอน้ำ ไหลหมุนเวียนอยู่ ดังนั้นถ้าจะนำมาใช้จำเป็นต้องอัดน้ำเย็นลงไปทางหลุมเจาะ ให้น้ำได้รับความร้อนจากหินร้อน โดยไหล หมุนเวียนภายในรอยแตกที่กระทำขึ้น จากนั้นก็ทำการสูบน้ำร้อนนี้ ขึ้นมาทางหลุมเจาะอีกหลุมหนึ่ง ซึ่งเจาะลงไป ให้ตัดกับรอยแตกดังกล่าว แหล่งหินร้อนแห้งนี้ กำลังทดลองผลิตไฟฟ้า ที่ มลรัฐแคลิฟอร์เนีย ประเทศสหรัฐอเมริกา และที่Oita Prefecture ประเทศญี่ปุ่น

    แหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพ จะมีอยู่ในเขตที่เปลือกโลกมีการเคลื่อนที่ เขตที่ภูเขาไฟยังคุกรุ่นอยู่ และบริเวณ ที่มีชั้นของเปลือกโลกบาง จะเห็นได้ว่าบริเวณแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพ ที่พบตามบริเวณต่างๆ ของโลกได้แก่ ประเทศที่อยู่ด้านตะวันตกของทวีปอเมริกาใต้ และอเมริกาเหนือ ประเทศญี่ปุ่น ประเทศฟิลิปปินส์ ประเทศอินโดนีเซีย ประเทศต่างๆ บริเวณเทือกเขาหิมาลัย ประเทศกรีซ ประเทศอิตาลี และประเทศไอซ์แลนด์ เป็นต้น

หลักและวิธีการสำรวจเพื่อพัฒนาพลังงานความร้อนใต้พิภพโดยทั่วไป

    โดยที่บริเวณแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพ มักจะมีบ่อน้ำร้อน, น้ำพุร้อน, ไอน้ำร้อน, โคลนเดือด และก๊าซ ปรากฏให้เห็น แต่การที่จะนำพลังงานมาใช้ประโยชน์ได้มากหรือน้อยนั้นขึ้นอยู่กับขนาดของแหล่งกักเก็บ อุณหภูมิ ความดัน และลักษณะของแหล่ง ว่าประกอบไปด้วยน้ำร้อนหรือไอน้ำเป็นส่วนใหญ่ การที่จะทราบว่าแหล่งกักเก็บพลังงานความร้อนใต้พิภพอยู่บริเวณไหน ที่ระดับความลึกประมาณเท่าไร และอุณหภูมิที่แหล่งกักเก็บ จำเป็นต้องมีการสำรวจทั้งบนผิวดินและใต้ผิวดิน การใช้ประโยชน์จากพลังงานความร้อนใต้พิภพที่ระดับอุณหภูมิต่างๆ แตกต่างกัน 

การสำรวจแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพต้องดำเนินการหลายด้านประกอบกันอันได้แก่ 

    1). การสำรวจธรณีวิทยา
การสำรวจธรณีวิทยา คือ การสำรวจเพื่อศึกษาหาความสัมพันธ์ระหว่างลักษณะทางธรณีวิทยาและธรณีวิทยาโครงสร้างกับแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพ การสำรวจธรณีวิทยาจะคลุมพื้นที่ประมาณ 50-100 ตารางกิโลเมตร ซึ่งจะเปลี่ยนแปลงไปตามความเหมาะสมของแต่ละพื้นที่ของแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพนั้นๆ จุดประสงค์ในการสำรวจทางธรณีวิทยานี้ก็เพื่อที่จะทราบ
      - ชนิดของชั้นหิน
      - การวางตัวและการเรียงลำดับชั้นหิน
      - อายุของหิน
      - โครงสร้างทางธรณีวิทยาของชั้นหินต่างๆ
      - บริเวณที่มีการแปรสภาพของชั้นดิน, หิน อันเนื่องมาจากอิทธิพลทาง ความร้อน

       2). การสำรวจธรณีเคมี

การสำรวจธรณีเคมี คือการสำรวจเพื่อศึกษาหาความสัมพันธ์ของคุณสมบัติทางเคมีของน้ำ ก๊าซ และองค์ประกอบของหินกับแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพ โดยการเก็บตัวอย่างน้ำธรรมชาติร้อน ก๊าซ ดิน และหินบริเวณแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพ และบริเวณใกล้เคียงแล้วนำมาวิเคราะห์ในห้องทดลองหาส่วนประกอบและคุณสมบัติทางเคมี 

    จุดประสงค์ในการสำรวจธรณีเคมีนี้ก็เพื่อที่จะ

       - ประเมินอุณหภูมิของแหล่งกักเก็บ โดยคำนวณจากปริมาณแร่ธาตุที่ละลายอยู่ในน้ำร้อน เช่นปริมาณของ Si, Mg และ Cl อัตราส่วนของปริมาณ Na กับ K และ Na, K กับ Ca
        -ประเมินลักษณะธรณีวิทยาที่เป็นแหล่งกักเก็บ ตลอดจนการหมุนเวียนของของไหล ในระบบพลังงานความร้อนใต้พิภพ
        -หาขอบเขตที่ได้รับอิทธิพลจากแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพ
        หาส่วนประกอบ, คุณสมบัติทางเคมีเพื่อศึกษาการกัดกร่อน, การเกิดตะกรันและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

    3). การสำรวจธรณีฟิสิกส์
การสำรวจธรณีฟิสิกส์ คือการตรวจสอบคุณสมบัติของชั้นหินใต้ผิวดิน หรือเปลือกโลกในบริเวณที่ทำการสำรวจโดยใช้เครื่องมือวัดบนผิวดิน จากข้อมูลที่ได้จะถูกนำมาวิเคราะห์เพื่อให้ทราบถึงลักษณะโครงสร้างทางธรณีวิทยาใต้ผิวดิน ในการสำรวจพลังงานความร้อนใต้พิภพ ผลการสำรวจทางธรณีฟิสิกส์จะสามารถบอกได้ว่าบริเวณใดควรจะเป็นแหล่งกักเก็บพลังงาน ซึ่งผลการสำรวจทางธรณีฟิสิกส์นี้จะนำไปใช้วางแผนสำรวจต่อไป 

    จุดประสงค์ของการสำรวจธรณีฟิสิกส์
           -เพื่อตรวจสอบผลการสำรวจธรณีวิทยาโดยนำผลที่ได้ไปใช้ในการแก้ปัญหาทางธรณีวิทยา
        -เพื่อให้รู้โครงสร้างธรณีวิทยาของแหล่งกักเก็บพลังงานความร้อนใต้พิภพ
        -เป็นข้อมูลสำหรับวางแผนการเจาะสำรวจ

  4). การเจาะสำรวจ
การเจาะสำรวจ คือการเจาะลงไปใต้ผิวดินเพื่อวัดหรือตรวจสอบข้อมูลที่ได้จากการสำรวจต่างๆ ที่กล่าวมาแล้วข้างต้น การที่จะเจาะลึกแค่ไหนนั้นขึ้นอยู่กับข้อมูลที่ต้องการจะวัดและตรวจสอบ การเจาะสำรวจพลังงานความร้อนใต้พิภพจะใช้เครื่องเจาะสำรวจเช่นเดียวกับที่ใช้กับงานเจาะสำรวจอื่นๆ เครื่องเจาะนี้ส่วนมากเปลี่ยนหัวเจาะในลักษณะต่างๆ ได้ตามต้องการ     วัตถุประสงค์ของการเจาะสำรวจก็คือ
        - เพื่อตรวจสอบสมมุติฐานต่างๆ ทางธรณีวิทยา
        - ตรวจสอบคุณสมบัติทางฟิสิกส์ของชั้นหินทางความลึก
        - วัดค่าอัตราการไหลของความร้อน (Heat Flow) และอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงตามความลึก (Geothermal Gradient)
        - เพื่อหาบริเวณที่คาดว่าจะเป็นแหล่งกักเก็บพลังงานความร้อนใต้พิภพ
        - เพื่อศึกษาคุณสมบัติของแหล่งกักเก็บ
        - เพื่อศึกษาคุณสมบัติของของไหล

การเจาะสำรวจมีอยู่ 2 วิธี

        1.การเจาะเพื่อเก็บแท่งตัวอย่าง (Core Sample) จะเจาะโดยใช้หัวเจาะสำหรับเก็บตัวอย่างดินและหินที่เรียกว่า Core Bit ซึ่ง Core Bit ก็มีหลายชนิดด้วยกันการจะใช้ชนิดไหนก็ขึ้นกับลักษณะของชั้นดินหรือชั้นหิน
        2.การเจาะเพื่อเก็บตัวอย่างเศษหินหรือดิน (Cutting Sample) จะเจาะโดยใช้หัวเจาะที่เรียกว่า Rock Bit โดยหัวเจาะนี้จะบดหินหรือดินให้เป็นเศษเล็กๆ ซึ่งหัวเจาะจำพวกนี้ก็มีหลายชนิดขึ้นอยู่กับความเหมาะสมที่จะใช้

    5). การเจาะหลุมผลิต
หลุมผลิต คือหลุมเจาะที่มีจุดมุ่งหมายที่จะนำน้ำร้อนหรือไอน้ำร้อนจากแหล่งกักเก็บขึ้นมาใช้ประโยชน์ การเจาะหลุมผลิตจะดำเนินการเมื่อการเจาะสำรวจยืนยันว่าแหล่งกักเก็บมีศักยภาพสูงพอที่จะพัฒนาขึ้นมาใช้ได้อย่างคุ้มค่าในเชิงพาณิชย์ ปัจจุบันนี้แหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพได้รับการพัฒนามาใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าได้มากมาย และอยู่ในระหว่างการพัฒนาก็มีอยู่ในหลายๆ ประเทศด้วยกัน ในปัจจุบันมีโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพของประเทศต่างๆ ในโลกกำลังผลิตรวมกันมากกว่า 5,800 เมกะวัตต์ ในปี ค.ศ.1990 ประเทศที่สามารถผลิตไฟฟ้าจากพลังงานความร้อนใต้พิภพได้มากที่สุดคือประเทศสหรัฐอเมริกา รองลงมาได้แก่ประเทศฟิลิปปินส์ และมีอีกหลายๆ ประเทศที่กำลังมีโครงการเพิ่มกำลังผลิตและเริ่มผลิต