กังหันลม

เรียบเรียงจาก Drawdown: The Most Comprehensive Plan Ever Proposed to Reverse Global Warming by  Paul Hawken  (Editor)

ลมไม่ได้พัดขึ้นเองแต่เกิดจากความแตกต่างของอุณหภูมิบนพื้นผิวโลกและการหมุนของโลกทำให้ลมเคลื่อนที่จากบริเวณที่มีความกดอากาศสูงไปยังพื้นที่ที่มีความกดอากาศต่ำ โค้งตัวไปตามภูมิประเทศเหมือนกระแสคลื่นของอากาศที่พัดเข้ามา การเปลี่ยนแปลงกำลังเกิดขึ้นพร้อมกับกระแสลมนี้ พลังงานลมกำลังเป็นแนวหน้าในการแก้ปัญหาภาวะโลกร้อนในช่วงสามทศวรรษข้างหน้า โดยมีผลกระทบเป็นอันดับสองรองจากเทคโนโลยีทำความเย็น (refrigeration) ในแง่ของการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก

หนึ่งในตัวอย่างที่น่าทึ่งคือ กังหันลมนอกชายฝั่ง 32 เครื่อง ซึ่งตั้งอยู่นอกชายฝั่งเมืองลิเวอร์พูล ประเทศอังกฤษ ในโครงการ Burbo Bank Extension ที่น่าสนใจคือเจ้าของโครงการนี้คือ Lego—บริษัทของเล่นชื่อดังซึ่งถือเป็นการเข้าสู่ธุรกิจพลังงานอย่างคาดไม่ถึง Burbo Bank Extension เป็นโครงการระดับนานาชาติโดยใบพัดของกังหันผลิตบนเกาะไวท์ (Isle of Wight) สหราชอาณาจักรซึ่งบริษัทญี่ปุ่นผลิตให้กับ Vestas ซึ่งเป็นลูกค้าจากเดนมาร์ก แต่ละกังหันสามารถผลิตไฟฟ้าได้ 8 เมกะวัตต์ ใบพัดของกังหันมีความยาว 269 ฟุต และเส้นผ่านศูนย์กลางของการหมุนครอบคลุมพื้นที่ เกือบสองเท่าของสนามฟุตบอล น้ำหนักของใบพัดแต่ละใบอยู่ที่ 33 ตัน การหมุนเพียงหนึ่งรอบของใบพัดสามารถผลิตไฟฟ้าได้เพียงพอสำหรับการใช้พลังงานของหนึ่งครัวเรือนในหนึ่งวัน โดยรวมแล้วโครงการนี้สามารถจ่ายพลังงานให้กับประชากรทั้งหมด 466,000 คนในลิเวอร์พูล

ปัจจุบัน กังหันลมจำนวน 314,000 เครื่อง ผลิตไฟฟ้าคิดเป็น 3.7% ของพลังงานไฟฟ้าทั่วโลก และตัวเลขนี้กำลังเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ในประเทศสเปนเพียงแห่งเดียว มีบ้านเรือนกว่า 10 ล้านหลังที่ใช้พลังงานจากลม การลงทุนในพลังงานลมนอกชายฝั่งอยู่ที่ 29.9 พันล้านดอลลาร์ในปี 2016 เพิ่มขึ้น 40% จากปีก่อนหน้า มนุษย์ใช้พลังงานลมมานานหลายพันปี ไม่ว่าจะเป็นการจับกระแสลมเพื่อนำเรือและสินค้าล่องแม่น้ำและข้ามทะเล หรือใช้ในการสูบน้ำและบดเมล็ดพืช

กังหันลมที่มีการบันทึกเป็นครั้งแรกถูกสร้างขึ้นในช่วงปี 500 ถึง 900 ค.ศ. ที่เปอร์เซีย จากนั้นเทคโนโลยีนี้แพร่กระจายเข้าสู่ยุโรปในยุคกลาง และเป็นเวลาหลายศตวรรษที่เนเธอร์แลนด์เป็นศูนย์กลางของนวัตกรรมกังหันลม ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 นักประดิษฐ์ทั่วโลกเริ่มประสบความสำเร็จในการเปลี่ยนพลังงานจลน์ของลมให้กลายเป็นไฟฟ้า กังหันลมต้นแบบปรากฏขึ้นในกลาสโกว์ (สกอตแลนด์), โอไฮโอ (สหรัฐฯ) และเดนมาร์ก และในงาน World’s Columbian Exposition ปี 1893 ที่ชิคาโก มีการจัดแสดงแบบจำลองกังหันลมจากผู้ผลิตหลายราย ในช่วง ทศวรรษ 1920 และ 1930 กังหันลมกลายเป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับฟาร์มในแถบมิดเวสต์ของสหรัฐฯ ในปี 1931 รัสเซียเปิดตัวโครงการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานลมในระดับสาธารณูปโภค (utility-scale wind production) ต่อมาในปี 1941 กังหันลมขนาดหนึ่งเมกะวัตต์เครื่องแรกของโลกถูกติดตั้งและใช้งานในรัฐเวอร์มอนต์ สหรัฐอเมริกา

พลังงานฟอสซิลทำให้พลังงานลมถูกลดบทบาทลงในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 แต่วิกฤตน้ำมันในทศวรรษ 1970 ได้จุดประกายความสนใจอีกครั้งนำไปสู่การลงทุนและนวัตกรรมใหม่ๆ การฟื้นตัวของพลังงานลมในยุคใหม่ปูทางไปสู่สถานะของอุตสาหกรรมพลังงานลมในปัจจุบันที่มีการติดตั้งกังหันลมเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ต้นทุนที่ลดลงและประสิทธิภาพที่สูงขึ้น ในปี 2015 มีการติดตั้งพลังงานลมทั่วโลกเป็นสถิติใหม่ 63 กิกะวัตต์ แม้ในช่วงเวลานั้นราคาพลังงานฟอสซิลจะลดลงอย่างมากก็ตาม จีนเพียงประเทศเดียวติดตั้งพลังงานลมใหม่เกือบ 31 กิกะวัตต์ เดนมาร์กใช้พลังงานลมมากกว่า 40% ของความต้องการไฟฟ้าทั้งหมดของประเทศ อุรุกวัยใช้พลังงานลมคิดเป็นมากกว่า 15% ของความต้องการพลังงานทั้งหมด ในหลายพื้นที่ พลังงานลมมีต้นทุนที่แข่งขันได้หรือแม้กระทั่งถูกกว่าพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตจากถ่านหิน

ในสหรัฐอเมริกา ศักยภาพด้านพลังงานลมของเพียงสามรัฐ—แคนซัส, นอร์ทดาโคตา และเท็กซัส—ก็เพียงพอที่จะตอบสนองความต้องการไฟฟ้าทั่วประเทศ ฟาร์มกังหันลมใช้พื้นที่เพียงเล็กน้อย โดยปกติแล้วไม่เกิน 1% ของพื้นที่ทั้งหมดที่ตั้งอยู่ ดังนั้นกิจกรรมอื่นๆ เช่น การเลี้ยงสัตว์ การทำฟาร์ม การท่องเที่ยวเชิงอนุรักษ์หรือการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมสามารถดำเนินไปพร้อมกับการผลิตพลังงานได้ กังหันลมสามารถผลิตไฟฟ้าไปพร้อมกับที่เกษตรกรเก็บเกี่ยวหญ้าอัลฟัลฟ่าและข้าวโพด ยิ่งไปกว่านั้น การสร้างฟาร์มกังหันลมใช้เวลาน้อยกว่าหนึ่งปี ทำให้สามารถผลิตพลังงานและคืนทุนได้อย่างรวดเร็ว

พลังงานลมมีความท้าทายเช่นกัน สภาพอากาศไม่เหมือนกันในทุกที่และลมมีความแปรปรวนตามธรรมชาติซึ่งหมายความว่า บางช่วงเวลากังหันอาจไม่หมุนและไม่สามารถผลิตพลังงานได้ อย่างไรก็ตาม หากพลังงานลม(รวมถึงพลังงานแสงอาทิตย์) ถูกผลิตจากพื้นที่ที่กว้างขึ้น ปัญหาความไม่สม่ำเสมอของพลังงานก็จะลดลง โครงข่ายพลังงานที่เชื่อมต่อกัน (interconnected grids) สามารถกระจายพลังงานไปยังพื้นที่ที่ต้องการได้ นักวิจารณ์ให้ข้อสังเกตว่ากังหันลมอาจมีเสียงดัง อาจดูไม่สวยงามในเชิงทัศนียภาพ อาจเป็นอันตรายต่อค้างคาวและนกอพยพ อย่างไรก็ตาม นวัตกรรมใหม่ๆ ได้ช่วยแก้ไขปัญหาเหล่านี้ เช่น ออกแบบใบพัดให้หมุนช้าลง เลือกสถานที่ติดตั้งให้ห่างจากเส้นทางอพยพของสัตว์ป่า ถึงแม้จะมีการพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อลดผลกระทบ แต่ความรู้สึกต่อต้านการติดตั้งกังหันลมในพื้นที่ใกล้บ้านตนเอง (Not-In-My-Backyard หรือ NIMBY) ยังคงเป็นอุปสรรคสำคัญ ไม่ว่าจะเป็นในชนบทของอังกฤษหรือชายฝั่งของรัฐแมสซาชูเซตส์

การอุดหนุนจากรัฐบาลที่ไม่เป็นธรรมเป็นอุปสรรคสำคัญต่อพลังงานลม กองทุนการเงินระหว่างประเทศ (IMF) ประเมินว่าในปี 2015 อุตสาหกรรมเชื้อเพลิงฟอสซิลได้รับเงินอุดหนุนโดยตรงและทางอ้อมมากกว่า 5.3 ล้านล้านดอลลาร์ คิดเป็น 10 ล้านดอลลาร์ต่อนาที หรือประมาณ 6.5% ของ GDP โลก เงินอุดหนุนทางอ้อมของเชื้อเพลิงฟอสซิล รวมถึงต้นทุนที่เกี่ยวข้องกับผลกระทบต่อสุขภาพจากมลพิษทางอากาศ ความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อม ปัญหาการจราจรแออัด ภาวะโลกร้อน ซึ่งทั้งหมดนี้ไม่ใช่ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับกังหันลม ในทางกลับกัน อุตสาหกรรมพลังงานลมในสหรัฐฯ ได้รับเงินอุดหนุนโดยตรงเพียง 12.3 พันล้านดอลลาร์ตั้งแต่ปี 2000 การให้เงินอุดหนุนจำนวนมากแก่เชื้อเพลิงฟอสซิลทำให้ดูเหมือนว่ามีต้นทุนที่ถูกกว่าความเป็นจริง ซึ่งบดบังความสามารถในการแข่งขันด้านต้นทุนของพลังงานลม ทำให้เชื้อเพลิงฟอสซิลมีความได้เปรียบในตลาด ดึงดูดการลงทุนให้ไหลเข้าสู่อุตสาหกรรมฟอสซิลมากกว่าพลังงานหมุนเวียน

ต้นทุนพลังงานลมที่ลดลงอย่างต่อเนื่อง กำลังก้าวสู่การเป็นแหล่งพลังงานที่ถูกที่สุด การลดลงของต้นทุนอย่างต่อเนื่องจะทำให้พลังงานลมกลายเป็นแหล่งผลิตไฟฟ้าที่มีต้นทุนต่ำที่สุดอาจเกิดขึ้นภายใน สิบปีข้างหน้า ต้นทุนปัจจุบันต่อหน่วยพลังงาน (เซนต์/กิโลวัตต์-ชั่วโมง) ได้แก่ พลังงานลม 2.9 เซนต์ โรงไฟฟ้าก๊าซแบบ combine-cycle 3.8 เซนต์ พลังงานแสงอาทิตย์ขนาดสาธารณูปโภค 5.7 เซนต์

งานวิจัยของ Goldman Sachs ที่เผยแพร่ในเดือนมิถุนายน 2016 ระบุอย่างชัดเจนว่า “พลังงานลมเป็นแหล่งพลังงานใหม่ที่มีต้นทุนต่ำที่สุด” ต้นทุนของพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ในปัจจุบันรวมเครดิตภาษีการผลิต (Production Tax Credits – PTC) อย่างไรก็ตาม Goldman Sachs คาดการณ์ว่าการลดลงของต้นทุนกังหันลมอย่างต่อเนื่องจะสามารถชดเชยการหมดอายุของเครดิตภาษีนี้ในปี 2023 ได้ โครงการพลังงานลมที่สร้างขึ้นในปี 2016 มีต้นทุนต่ำเพียง 2.3 เซนต์ต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมง

การวิเคราะห์ของ Morgan Stanley แสดงให้เห็นว่า ต้นทุนการผลิตพลังงานลมใหม่ในแถบมิดเวสต์ของสหรัฐฯ ต่ำกว่าต้นทุนโรงไฟฟ้าก๊าซธรรมชาติแบบวงจรรวมถึงหนึ่งในสาม นอกจากนี้ Bloomberg New Energy Finance คำนวณว่า “ต้นทุนตลอดอายุการใช้งานของพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ ต่ำกว่าต้นทุนของการสร้างโรงไฟฟ้าฟอสซิลใหม่” Bloomberg คาดการณ์ว่า ภายในปี 2030 พลังงานลมจะกลายเป็นแหล่งพลังงานที่มีต้นทุนต่ำที่สุดในระดับโลก (การคำนวณนี้ยังไม่รวมต้นทุนทางอ้อมของเชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น มลพิษทางอากาศ ผลกระทบต่อสุขภาพ สิ่งแวดล้อม และภาวะโลกร้อน)

ต้นทุนพลังงานลมกำลังลดลง เนื่องจากกังหันลมถูกสร้างขึ้นในพื้นที่ที่สูงขึ้นซึ่งหมายถึงใบพัดที่ยาวขึ้นและการติดตั้งในบริเวณที่มีลมแรงกว่า ปัจจัยทั้งสองนี้ช่วยเพิ่มกำลังการผลิตไฟฟ้าของกังหันลมมากกว่าสองเท่า กังหันลมบนบก (onshore) สามารถสร้างให้มีขนาดใหญ่ขึ้นได้ง่าย เนื่องจากการประกอบติดตั้งทำได้สะดวกกว่ากังหันลมนอกชายฝั่ง ขณะนี้มีการออกแบบกังหันลมที่สามารถผลิตไฟฟ้าได้ 20 เมกะวัตต์ โดยมีความสูงของปลายใบพัดมากกว่าตึกเอ็มไพร์สเตตซึ่งกำลังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนา

สหรัฐอเมริกาสามารถใช้พลังงานลมเลี้ยงประเทศได้หรือไม่? ห้องปฏิบัติการพลังงานทดแทนแห่งชาติ (National Renewable Energy Laboratory – NREL) คำนวณว่า พื้นที่บนบกเกือบ 775,000 ตารางไมล์ในสหรัฐฯ เหมาะสมสำหรับกังหันลมที่มีปัจจัยความสามารถ (capacity factor) อยู่ที่ 40-50% ซึ่ง สูงกว่าค่าเฉลี่ยเมื่อสิบปีก่อนถึงสองเท่า (หมายเหตุ: กังหันลมแต่ละตัวมีพิกัดกำลังการผลิตตามความเร็วลมคงที่แต่ปัจจัยความสามารถ (capacity factor) คำนึงถึงความแปรปรวนของความเร็วลมในสถานที่จริงทำให้เป็นค่าที่สะท้อนศักยภาพการผลิตพลังงานได้แม่นยำกว่า) โอกาสและแนวทางในการทำให้สหรัฐฯ ปลดแอกตัวเองจากเชื้อเพลิงฟอสซิลและพึ่งพาพลังงานสะอาดนั้นมีอยู่แล้ว สิ่งที่มักขาดหายไปคือเจตจำนงทางการเมืองและภาวะผู้นำ

นักวิจารณ์ในสภาคองเกรสวิพากษ์วิจารณ์พลังงานลม โดยมองว่ามันได้รับเงินอุดหนุนจากรัฐบาลกลางมากเกินไป และเปรียบเสมือนการเทเงินลงหลุมเปล่า แต่ในความเป็นจริงถ่านหินต่างหากที่เป็น “ผู้เกาะกินฟรี” เมื่อพิจารณาต้นทุนด้านสิ่งแวดล้อมที่สังคมต้องแบกรับ หากไม่นับต้นทุนด้านการปล่อยมลพิษ (ซึ่งพลังงานลมไม่มีเลย แต่เชื้อเพลิงฟอสซิลสูงมาก) การโต้แย้งเรื่องเงินอุดหนุนยังไม่ได้คำนึงถึงปริมาณน้ำที่ใช้ในกระบวนการผลิตพลังงาน

ข้อแตกต่างด้านการใช้น้ำระหว่างพลังงานลมกับเชื้อเพลิงฟอสซิล พลังงานลมใช้น้ำน้อยกว่าพลังงานจากฟอสซิลถึง 98-99% โรงไฟฟ้าถ่านหิน ก๊าซฟอสซิลและพลังงานนิวเคลียร์ต้องใช้น้ำปริมาณมหาศาลสำหรับระบบระบายความร้อน โรงไฟฟ้าเหล่านี้ใช้น้ำมากกว่าภาคเกษตรกรรมเสียอีกโดยมีอัตราการใช้น้ำ 22 ล้านล้านถึง 62 ล้านล้านแกลลอนต่อปี “น้ำฟรี” – เงินอุดหนุนที่ไม่ถูกพูดถึง โรงไฟฟ้าฟอสซิลและนิวเคลียร์จำนวนมากได้รับน้ำจากแหล่งน้ำสาธารณะโดยไม่ต้องจ่ายเงินรัฐบาลกลางและรัฐบาลรัฐเป็นผู้อนุญาตให้ใช้น้ำฟรี แต่นี่ไม่ใช่ของฟรีจริงๆ—มันเป็นการอุดหนุนแฝงที่มักถูกมองข้าม นอกเหนือจากอุตสาหกรรมเชื้อเพลิงฟอสซิลและพลังงานนิวเคลียร์แล้ว มีใครอีกบ้างที่สามารถใช้น้ำปริมาณหลายล้านล้านแกลลอนในสหรัฐฯ ได้โดยไม่ต้องจ่ายค่าใช้จ่าย?

การก้าวขึ้นเป็นผู้นำด้านพลังงานลมของจีน แสดงให้เห็นว่าความมุ่งมั่นของรัฐบาลที่ต่อเนื่องและมั่นคง สามารถเร่งให้ต้นทุนของพลังงานลมลดลงได้อย่างมีประสิทธิภาพ สิ่งนี้ยิ่งเป็นจริงหากรัฐบาลให้การสนับสนุนอย่างต่อเนื่อง ไม่ว่าทิศทางทางการเมืองจะเปลี่ยนแปลงไปเช่นไร สภาพแวดล้อมที่คาดการณ์ได้เป็นกุญแจสำคัญในการพัฒนาอุตสาหกรรมพลังงานลม นโยบายที่สามารถสนับสนุนการเติบโตของพลังงานลมได้ ได้แก่ มาตรฐานพลังงานหมุนเวียน (portfolio standards) ที่กำหนดให้แหล่งพลังงานสะอาดต้องมีสัดส่วนตามที่กำหนด เงินทุนสนับสนุน (grants) เงินกู้ (loans) และสิทธิประโยชน์ทางภาษี (tax incentives) เพื่อกระตุ้นให้เกิดการลงทุนในโครงการพลังงานลม นวัตกรรมทางเทคโนโลยี เช่น กังหันลมแกนตั้ง (vertical-axis turbines) และระบบกังหันลมนอกชายฝั่ง แม้ว่ารัฐบาลยุโรปจะให้การสนับสนุนพลังงานลม แต่การดำเนินการทางการเมืองยังไม่สามารถตามทันอัตราการเติบโตของพลังงานหมุนเวียน ความแออัดของโครงข่ายพลังงาน (grid bottlenecks) ทำให้พลังงานลมกว่า 4,100 กิกะวัตต์-ชั่วโมงต้องสูญเปล่าในปี 2015 พลังงานที่เสียไปนี้เพียงพอสำหรับจ่ายไฟให้กับบ้านเรือนกว่า 1.2 ล้านหลัง ในอดีตมีความกังวลว่า พลังงานลมอาจไม่เพียงพอต่อความต้องการของยุโรป แต่ปัจจุบันความกังวลได้เปลี่ยนไปสู่การจัดการโครงข่ายไฟฟ้าและระบบกักเก็บพลังงานทั้งในระดับสาธารณูปโภค (utility-scale) และระดับการกระจายพลังงาน (distributed energy storage systems) ซึ่งอาจไม่สามารถรองรับการเติบโตของพลังงานหมุนเวียนได้ทันเวลา

เช่นเดียวกับแหล่งพลังงานอื่นๆ พลังงานลมเป็นเพียงส่วนหนึ่งของระบบพลังงานที่ใหญ่กว่า การลงทุนในระบบกักเก็บพลังงาน (energy storage) โครงสร้างพื้นฐานด้านการส่งไฟฟ้า (transmission infrastructure) และการผลิตพลังงานแบบกระจายศูนย์ (distributed generation) เป็นสิ่งจำเป็นต่อการเติบโตของพลังงานลม เทคโนโลยีและโครงสร้างพื้นฐานสำหรับการกักเก็บพลังงานส่วนเกินกำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว สายส่งไฟฟ้ากำลังถูกสร้างขึ้นเพื่อเชื่อมต่อฟาร์มกังหันลมที่อยู่ห่างไกลเข้ากับพื้นที่ที่มีความต้องการใช้พลังงานสูง ทางเลือกมีความชัดเจน—เราจะลงทุนในอนาคต หรือยังคงยึดติดกับอดีต

ผลกระทบ (IMPACT): การเพิ่มสัดส่วนของพลังงานลมบนบก (onshore wind) จาก 2.9% เป็น 21.6% ของการใช้ไฟฟ้าทั่วโลกภายในปี 2050 สามารถลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้ถึง 84.6 กิกะตัน การเพิ่มพลังงานลมนอกชายฝั่ง (offshore wind) จาก 0.1% เป็น 4% สามารถหลีกเลี่ยงการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ได้อีก 14.1 กิกะตัน ต้นทุนรวมของโครงการพลังงานลมทั้งบนบกและนอกชายฝั่งอยู่ที่ 1.8 ล้านล้านดอลลาร์ แต่สามารถสร้างมูลค่าการประหยัดสุทธิได้ถึง 7.7 ล้านล้านดอลลาร์ ตลอดระยะเวลา 30 ปีของการดำเนินงาน ตัวเลขเหล่านี้ถือเป็นประมาณการแบบอนุรักษ์นิยมเนื่องจากต้นทุนของพลังงานลมลดลงทุกปี เทคโนโลยีใหม่ๆ กำลังถูกนำมาใช้งานซึ่งช่วยเพิ่มกำลังการผลิตไฟฟ้าได้มากขึ้นในต้นทุนที่เท่ากันหรือถูกลงกว่าเดิม