เพาเวอร์แฟกเตอร์

  เรื่อง การจัดการพลังงานในโรงงานอุตสาหกรรม

 (Energy Management for Industry)

 ระบบส่งจ่ายกำลังไฟฟ้า (Power Distibution)

กรณีศึกษา การติดตั้งตัวเก็บประจุไฟฟ้า (Capacitor Bank)

ข้อมูลบริษัท ทุกกลุ่มอุตสาหกรรม เช่น พลาสติค เคมี อาหาร  เครื่องจักรและอุปกรณ์ ยานยนต์ ไฟฟ้า อีเล็คทรอนิคส์

สถานที่ตั้ง  ทั่วประเทศไทย ไม่ระบุพื้นที่

รูปแบบธุรกิจ ทุกกลุ่มอุตสาหกรรม

ชื่อผู้ติดต่อ วิศวกรประจำโรงงาน ผู้จัดการโรงงาน ผู้รับผิดชอบด้านพลังงาน

เทคโนโลยีที่ติดตั้ง การติดตั้งตัวเก็บประจุไฟฟ้า (CAPACITOR BANK)

เงินลงทุน 100,000-950,000 บาท (ขึ้นอยู่กับประเภทของอุตสาหกรรม และปริมาณการใช้พลังงานไฟฟ้า)

ผลการประหยัดพลังงาน

พลังงานที่ประหยัดได้ 10,000-80,000 KWh/ปี

คิดเป็นค่าใช้จ่ายด้านพลังงานที่ประหยัดได้ 3,000-30,000 บาท/เดือน

ระยะคืนทุน 0.5-4 ปี         

 1.  บทนำ              

ในปัจจุบันการอนุรักษ์พลังงานเป็นหนทางหนึ่งในการลดต้นทุนและสร้างภาพลักษณ์ที่ดีให้กับองค์กรซึ่งมาตรการอย่างหนึ่งที่นิยมนำมาประยุกต์ใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้ไฟฟ้าคือ การเพิ่มค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์ของระบบให้สูงขึ้นโดยการติดตั้งคาร์ปาซิเตอร์เพื่อลดการสูญเสียในระบบไฟฟ้า และลดค่าปรับ ที่การไฟฟ้านครหลวงและการไฟฟ้าส่วนภูมิภาคได้จะเรียกเก็บกับผู้ใช้ไฟฟ้าที่คิดค่าความต้องการพลังไฟฟ้า ซึ่งมีเพาเวอร์แฟคเตอร์แลค (Lag) เฉพาะเดือนที่มีความต้องการพลังไฟฟ้ารีแอคตีฟเฉลี่ยใน 15 นาทีที่สูงสุดเกินกว่าร้อยละ 61.97 ของความต้องการพลังไฟฟ้าแอคตีฟเฉลี่ย ใน 15 นาทีที่สูงสุด เมื่อคิดเป็นกิโลวัตต์แล้ว โดยส่วนที่เกินจะต้องเสียค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์  ซึ่งในปัจจุบันการไฟฟ้าได้เพิ่มอัตราค่าปรับเพาเวอร์แฟกเตอร์จากเดิม  kvar ละ 15.00 บาท เป็น kvar ละ 56.07 บาท (เศษของกิโลวาร์ ถ้าไม่ถึง 0.5 กิโลวาร์ตัดทิ้ง ตั้งแต่ 0.5 กิโลวาร์ขึ้นไปคิดเป็น 1 กิโลวาร์   ดังนั้นการปรับปรุงค่าเพาเวอร์แฟกเตอร์จึงสามารถลดต้นทุนได้โดยตรง  นอกจากนี้ยังมีประโยชน์ในด้านการลดโหลดของหม้อแปลงและลดค่าไฟฟ้าที่สูญเสียไปในรูปของความร้อนในสายไฟและหม้อแปลง  

ความเป็นมา  โรงงานอุตสาหกรรมที่มีการใช้พลังงานจำนวนมาก และอย่างสม่ำเสมอ โดยมีค่าใช้จ่ายการใช้พลังงานเฉลี่ยมากกว่า 1 ล้านบาทต่อเดือน  ซึ่งต้องใช้พลังงานเป็นจำนวนมากทางผู้บริหารได้มีนโยบายที่จะอนุรักษ์พลังงานและต้องการใช้พลังงานให้เกิดประโยชน์สูงสุดเพื่อลดต้นทุนในการผลิตและลดปัญหาสิ่งแวดล้อมจึงได้จัดส่งพนักงานเข้าอบรมหลักสูตรการอนุรักษ์พลังงานเพื่อให้ได้ข้อมูลและความรู้ที่จะเป็นประโยชน์ต่อโรงงานผลจากการอบรมดังกล่าวเจ้าหน้าที่ได้เสนอมาตรการอนุรักษ์พลังงานโดยการติดตั้งตัวเก็บประจุไฟฟ้าเข้ากับระบบไฟฟ้าของโรงงานต่อผู้บริหาร เพื่อลดการสูญเสียที่เกิดขึ้นในสายไฟฟ้า ซึ่งจะช่วยการลดค่าไฟฟ้า

หลักการดำเนินการ  เจ้าหน้าที่ของบริษัทฯได้ตั้งเป้าหมายการติดตั้งตัวเก็บประจุไฟฟ้าในตำแหน่งหลักคือที่ตัวMDBทุกตัว (ขึ้นอยู่กับจำนวนของแต่ละที่) เนื่องจากคาดว่าสามารถลดการสูญเสียในสายไฟฟ้าได้มากซึ่งจะช่วยประหยัดพลังงานและเพื่อรักษาค่าประกอบกำลังไฟฟ้าของระบบให้อยู่พิกัดของระบบไฟฟ้าโดยกำหนดขนาดตัวเก็บประจุที่ 30-40 % ของขนาดหม้อแปลง เมื่อได้ขนาดที่เหมาะสมทั้งหมดแล้ว ทางบริษัทฯจะได้ดำเนินการในการเสนอ ราคา ข้อดีข้อเสีย ค่าใช้จ่าย และระยะเวลาคืนทุนเพื่อเสนอต่อฝ่ายบริหารเพื่อขออนุมัติ

 รายละเอียดเทคโนโลยี

•  ตัวเก็บประจุไฟฟ้าและชุดรีแอกเตอร์(Reactor) ขนาด 300 kVA สำหรับหม้อแปลง 1,000 kVA จำนวน 1 ชุด (จำนวนจริงขึ้นอยู่กับประเภทของอุตสาหกรรม  และปริมาณการใช้พลังงานไฟฟ้า)
•  อุปกรณ์ตัดต่ออาศัยแม่เหล็ก(Magnetic Contactor)และเซอร์กิตเบรคเกอร์(Circuit Breaker)และอุปกรณ์ย่อยอื่นๆ

 บทสรุปและข้อจำกัดในการดำเนินการ การซ่อมบำรุงระบบทำได้โดยการตรวจสอบสภาพอุปกรณ์ทุกๆปี โดยเน้นการตรวจสอบตรวจวัดความผิดปกติทั่วๆไปของอุปกรณ์

 2. ข้อมูลทั่วไปของการปรับปรุงตัวประกอบกำลัง

โดยทั่วไปอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ ในอาคารหรือโรงงานนั้นต้องอาศัยทั้งกำลังไฟฟ้าจริง (Real Power) และกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ (Reactive Power) เพื่อใช้ในการทำงาน  ค่าสัดส่วนของกำลังไฟฟ้าทั้งสองชนิดดังกล่าวบ่งบอกถึงค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า (Power Factor) ของอุปกรณ์ไฟฟ้าแต่ละชนิดหรือของอาคารหรือโรงงานโดยรวม ตามปกติหากค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า(Power Factor) มีค่าต่ำย่อมหมายความว่า กำลังไฟฟ้ารวม (Total or Apparent Power) มีค่าสูงขึ้นอัน เนื่องมาจากการที่มีกำลัง ไฟฟ้ารีแอคทีฟสูงขึ้น ในขณะที่กำลังไฟฟ้าจริงที่ก่อให้เกิดงานมีค่าเท่าเดิม (ตัวประกอบกำลังลดลง กระแสไฟฟ้ามีค่าสูงขึ้น) ซึ่งถือได้ว่าเป็นความสูญเสียของระบบจ่ายไฟฟ้า ด้วยเช่นกัน

หากโรงงานอุตสาหกรรมใด มีอุปกรณ์ไฟฟ้าที่เป็นโหลดแบบเหนี่ยวนำ (Inductive Load) หรือเป็นโหลดแบบเก็บประจุไฟฟ้า (Capacitive Load) ชนิดใดชนิดหนึ่งเพียง อย่างเดียว จะทำให้ค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าต่ำ แต่ถ้านำอุปกรณ์สองประเภทนี้มาใช้ร่วมกันในอัตราที่เหมาะสม จะทำให้ค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าสูงถึง 95-100% ซึ่งวิธีนี้ เรียกว่า วิธีการแก้ไขค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า

การแก้ไขค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าก็คือการเพิ่มค่า หรือลดมุม   ที่แตกต่างกันระหว่างแรงดันไฟฟ้ากับกระแสไฟฟ้าให้มีค่าน้อยที่สุด เพื่อเพิ่มค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ ให้ใกล้เคียง 1 มากที่สุด (Power Factor = 1.0 คือค่าที่ดีที่สุด เสมือนกับว่าระบบไฟฟ้าสามารถใช้ให้เกิดประโยชน์ได้เต็ม 100%)

ค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าที่มีค่า = 0.80

โดยทั่วไปสามารถแก้ไขค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้าให้สูงขึ้นโดยการใช้ตัวเก็บประจุไฟฟ้า(Capacitor) ต่อเข้าไปในระบบไฟฟ้า โดยเป็นการเพิ่มกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ (มีหน่วยเป็น kVar) ที่เข้าไปหักล้างกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟเดิม (Q1) ให้ลดลงเหลือเป็นกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟใหม่ (Q2) ซึ่งทำให้ผลรวมของกำลังไฟฟ้าทั้งหมด (S2) มีค่าลดลงจากเดิม (S1) ตามรูป

 แสดงการใช้ตัวเก็บประจุไฟฟ้า (Capacitor) เพื่อเพิ่มค่าตัวประกอบกำลังไฟฟ้า

โดยที่ ขนาดของตัวเก็บประจุไฟฟ้า (kVar) = kW x ตัวคูณจากตาราง
หรือ ขนาดของตัวเก็บประจุไฟฟ้า (kVar) = kW x ( tan Θ1- tanΘ 2 )

3.  ประโยชน์ของการปรับปรุงค่าเพาเวอร์แฟคเตอร์ (PF) ให้เหมาะสม

(1) ลดรายจ่ายค่าปรับเพาเวอร์แฟคเตอร์จากการไฟฟ้าฯ
เนื่องจากกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ (Q) เป็นกำลังไฟฟ้าที่ผู้ใช้ไฟฟ้าสามารถสร้างขึ้นเองได้ โดยการติดตั้งคาปาซิเตอร์เพื่อเป็นตัวจ่ายกำลังไฟฟ้าในส่วนนี้ให้กับโหลด ซึ่งหากผู้ใช้ไฟฟ้า ไม่ได้ติดตั้ง คาปาซิเตอร์ การไฟฟ้าจะต้องเป็นคนจ่ายกำลังไฟฟ้าในส่วนนี้เอง ในขณะที่กำลังไฟฟ้าจริง (Active Power)ไม่สามารถสร้างจากคาปาซิเตอร์ได้ กำลังไฟฟ้าส่วนนี้จะได้มาจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าของการไฟฟ้าฯเท่านั้น ดังนั้นการที่ระบบไฟฟ้าของผู้ใช้ไฟฟ้ามีค่า PF ต่ำ แสดงว่าการไฟฟ้าฯ จะต้องรับภาระในการ จ่ายกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟ เป็นจำนวนมาก ซึ่งที่จริงแล้ว ผู้ใช้ไฟฟ้าสามารถสร้างได้เอง โดยการใช้คาปาซิเตอร์ ผลที่ตามมาก็คือ การไฟฟ้าจะต้องใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีขนาดใหญ่ขึ้น รวมทั้งต้องใช้ ทรัพยากรมากขึ้น เพื่อที่จะสามารถผลิตกำลังไฟฟ้า ทั้งในส่วนของการจ่ายกำลังไฟฟ้าจริงและกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟให้ได้ตามความต้องการของผู้ใช้ไฟฟ้า การไฟฟ้าจึงได้ออกกฎ มาเพื่อควบคุมค่า PF ของโรงงานต่างๆโดยกำหนดว่า หากโรงงานใดมีค่า PF ต่ำกว่า 0.85 จะต้องเสียค่าปรับเพาเวอร์แฟคเตอร์ (ขึ้นอยู่กับรุ่นของมิเตอร์ของการไฟฟ้าด้วย มิเตอร์บางรุ่นไม่สามารถวัดค่า PF ได้)

ระบบที่มีการติดตั้งคาปาซิเตอร์ในตำแหน่งต่างๆ

  คาปาซิเตอร์ที่ใช้ในระบบกำลังไฟฟ้า

(2) ช่วยลดโหลดของหม้อแปลง
เมื่อเราใช้โหลดเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ กับหม้อแปลงตัวเดิมและหม้อแปลงเริ่มมีขนาดไม่พอกับความต้องการ หม้อแปลงต้องจ่ายกระแสเกินพิกัด (Overload) วิธีโดยทั่วไปที่มักดำเนินการคือ การติดตั้งหม้อแปลงเพิ่มอีกหนึ่งตัว คนส่วนใหญ่ลืมที่จะหยุดคิดว่า "เราได้ติดตั้ง Capacitor แล้วหรือยัง" หากว่ายังไม่ได้ติดตั้ง การติดตั้งคาปาซิเตอร์จะช่วยลดโหลด ของหม้อแปลงตัวนั้นได้ โดยคาปาซิเตอร์ที่ติดตั้งเพิ่มจะช่วยหม้อแปลงจ่ายกระแส หรือ กำลังไฟฟ้าในส่วนของ Reactive Power ที่แต่เดิม หม้อแปลงต้องรับภาระจ่ายเอง ทั้งหมด ทำให้หม้อแปลงมีกำลังเหลือ เพื่อที่จะไปจ่ายโหลดอื่นเพิ่มเติมได้

(3) ลดค่าไฟฟ้าที่สูญเสียไปในรูปของความร้อน ในสายไฟ และหม้อแปลง
คาปาซิเตอร์สามารถลดค่าไฟฟ้าในส่วนนี้ได้ด้วยเหมือนกัน แต่เนื่องจากลักษณะการติดตั้งในประเทศไทย ส่วนใหญ่จะติดตั้งตู้คาปาซิเตอร์ (Cap Bank) ติดกับตู้ MDB หรืออีกนัยหนึ่ง คือใกล้กับหม้อแปลงมาก จึงทำให้การติดตั้งคาปาซิเตอร์ไม่ได้ลดปริมาณกระแสไฟฟ้าที่ไหลในระบบได้มากอย่างเห็นได้ชัด

ที่มา : กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน กระทรวงพลังงาน

4.  วิธีการดำเนินการ

5. ผู้จัดการโครงการ บริษัท เอ็นเนอร์ยี กรีน แอนด์ ไอเอสโอ (ไทยแลนด์)   ที่ปรึกษาด้านพลังงาน ดร.ชัยยพล  ธงชัยสุรัชต์กูล