ระบบอาจารย์ที่ปรึกษา

รหัสนักศึกษา * :

* สำหรับนักศึกษารหัส 57 และ 58



Home
Faculty Introduction
ประวัติคณะวิศวกรรมศาสตร์
ทำเนียบคณบดี
สารจาก อธิการบดี
สารจาก คณบดี
วิสัยทัศน์ & พันธกิจ
คณะกรรมการบริหาร
คณาจารย์
บทความที่ได้รับตีพิมพ์
VDO แนะนำคณะวิศวกรรมศาสตร์
Departments
Electronics Engineering
Computer Engineering
Telecommunication & ICE
Control, Instrumentation and Mechatronics Engineering
Electrical Power Engineering
Mechanical Engineering
Civil Engineering
Chemical Engineering
Industrial & Logistics Engineering
Undergraduate Programs
Postgraduate Programs
โครงงานวิศวกรรม
ระเบียบการดำเนินการวิชาโครงงานวิศวกรรม
Download Font ที่ใช้ในการทำรายงานวิชาโครงงานวิศวกรรม
E-Classroom
Research Center
MIMs
CAMER
D3MC
Microwave & Antenna
Career Opportunities
Contact Us








ยานพาหนะไฟฟ้าสู่ระบบกริด (Vehicle-to-grid systems: V2G)

อาจารย์สมศักดิ์ วัชระคุปต์  
อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้ากำลัง ​ 
คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร  
19 มกราคม 2560  

บทนำ
       ปัจจุบันมีการใช้ยานพาหนะอยู่มากมาย ซึ่งก่อให้เกิดปัญหาทางด้านมลพิษต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นควันดำส่งผลเสียให้เกิดหลายๆปัจจัย เช่น ปัจจัยแรกส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม มีการปล่อยก๊าซเรือนกระจกซึ่งทำให้เกิดปัญหาโลกร้อน ปัจจัยที่สองเกี่ยวกับราคาน้ำมัน ซึ่งตั้งแต่ในอดีตจนถึงปัจจุบันจะพบว่าราคาน้ำมันนั้นแนวโน้มเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง เพราะความต้องการน้ำมันในตลาดโลกและภาวะขาดแคลนน้ำมันในอนาคต จากการศึกษาได้แสดงให้เห็นว่าประมาณ 70% ของน้ำมันทั้งหมดที่สกัดอยู่ทั่วโลกนั้นถูกใช้ไปกับการบริโภคในภาคการขนส่ง ซึ่งปัจจัยที่กล่าวมานั้นทำให้เกิดความสนใจที่จะศึกษาค้นคว้าเกี่ยวกับเทคโนโลยีใหม่ เพื่อทดแทนการใช้พลังงานน้ำมัน และเพื่อให้ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมลดลง ทำให้สหรัฐอเมริกาและประเทศอื่น ๆ อีกมากมาย โดยได้ตั้งแผนระยะยาวที่จะทำให้เกิดไฟฟ้าขึ้นในระบบการขนส่ง ซึ่งจากการค้นคว้าก็พบว่ากลุ่มพลังงานใหม่ตอนนี้ที่กำลังเติบโตขึ้นมาก็คือการผลิตสร้างยานพาหนะไฟฟ้า (Electric Vehicles, EVs) ที่ใช้พลังงานไฟฟ้าจากแบตเตอรี่แทนการใช้พลังงานจากน้ำมันเป็นเชื้อเพลิง ซึ่งเป็นที่คาดการณ์ไว้ว่าภายในอนาคต จะมียานพาหนะไฟฟ้าประมาณ 700,000 คันที่เปิดใช้งานจะอยู่บนท้องถนนในประเทศสหรัฐอเมริกา โดยแนวโน้มคาดไว้ว่าส่วนแบ่งการตลาดยานยนต์สำหรับยานพาหนะไฟฟ้า จะมีสัดส่วนเป็นร้อยละ 25 ของตลาดยานยนต์ทั้งหมด ดังแสดงในรูปที่ 1

รูปที่ 1 แสดงแนวโน้มสัดส่วนการตลาดของยานพาหนะไฟฟ้า

       ซึ่งจากการใช้ยานพาหนะไฟฟ้าจำนวนที่มาก ไม่เพียงแต่จะช่วยในการลดปริมาณการใช้น้ำมันและก๊าซ แต่ยังเป็นแหล่งกักเก็บที่ดีสำหรับระบบโครงข่ายไฟฟ้า จำนวนแบตเตอรี่นับล้านของยานพาหนะไฟฟ้า สามารถใช้ในการเป็นแหล่งจัดเก็บพลังงานไว้สำหรับการแจกจ่ายพลังงาน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับชนิดและความจุในการจัดเก็บพลังงานของแบตเตอรี่ จากที่ทราบว่าในปัจจุบันความจุของแบตเตอรี่ยานพาหนะไฟฟ้าจะมีความจุอยู่ที่ 1.8 KW ถึง 17 KW เพราะฉะนั้นสิ่งที่สำคัญสำหรับแหล่งกักเก็บพลังงานของระบบโครงข่ายไฟฟ้านั้นก็คือแบตเตอรี่ของยานพาหนะไฟฟ้า

ยานพาหนะไฟฟ้าแบบปลั๊กอิน (Plug-in Electric Vehicle, PEV)
       ยานพาหนะไฟฟ้าแบบปลั๊กอินหรือ PEV  เป็นยานพาหนะซึ่งขับเคลื่อนโดยมอเตอร์ไฟฟ้าแทนการใช้เครื่องยนต์เผาไหม้ รถไฟฟ้าใช้พลังงานไฟฟ้าเป็นแหล่งพลังงานแทนพลังงานน้ำมันหรือเชื้อเพลิงอื่นๆ โดยมอเตอร์ไฟฟ้าในรถไฟฟ้าจะเปลี่ยนไฟฟ้าจากชุดแบตเตอรี่ให้เป็นพลังงานกลเพื่อใช้ในการขับเคลื่อน ส่วนประกอบที่สำคัญของยานพาหนะไฟฟ้า ได้แก่ มอเตอร์ไฟฟ้า ตัวกักเก็บพลังงาน และระบบควบคุม ส่วนประกอบทางกลอื่นๆเหมือนกับยานพาหนะใช้เครื่องยนต์สันดาปภายในที่คุ้นเคยกันเป็นอย่างดีแสดงได้ดังรูปที่ 2

รูปที่ 2 โครงสร้างของยานพาหนะไฟฟ้า

       โดยแบ่งการทำงานในแต่ละส่วนออกเป็นดังนี้    
       - ด้านระบบกำลัง ยานพาหนะไฟฟ้าจะกักเก็บพลังงานไฟฟ้าไว้ในแบตเตอรี่ และจะนำมาใช้ในการขับเคลื่อนมอเตอร์เมื่อต้องการ โดยมีเครื่องควบคุมการทำงานของชุดแบตเตอรี่
       - ด้านระบบพลังงาน การไหลของกระแสไฟฟ้าจากที่เก็บอยู่ในแบตเตอรี่ไปยังมอเตอร์จะถูกกำหนดโดยตัวควบคุมมอเตอร์ (Motor Controller) ซึ่งเป็นเสมือนสมองของรถไฟฟ้า
       - ด้านการขับเคลื่อน ในส่วนนี้จะมีมอเตอร์ ซึ่งจะเป็นพลังงานไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ให้เป็นพลังงานกลเพื่อใช้ในการขับเคลื่อน
       - ด้านระบบชาร์จ เครื่องชาร์จจะเปลี่ยนไฟฟ้ากระแสสลับเป็นกระแสตรงเพื่อป้อนให้กับแบตเตอรี่ในการกักเก็บพลังงาน หลังจากการใช้พลังงานไปจนหมดรถไฟฟ้าบางประเภทต้องใช้เครื่องชาร์จที่ติดตั้งอยู่ภายนอกและทำการชาร์จในบริเวณที่จัดไว้
       ในปัจจุบันได้มีสถานีบริการไฟฟ้า (Electric Vehicle Charging Station/Point) คือ สถานที่ให้บริการพลังงานไฟฟ้าแก่ยานพาหนะไฟฟ้า สถานที่ตั้งของสถานีบริการไฟฟ้าอาจจะอยู่ในตรอก ซอย ถนน ในลักษณะเดียวกับสถานีบริการน้ำมัน หรือแม้แต่ลานจอดรถ หรือจุดจอดรถบริการสาธารณะ โดยถ้าหากเป็นสถานีที่สามารถชาร์จไฟฟ้าได้ก็จะมีป้ายบอกสัญลักษณ์ที่ชัดเจน เพื่อไม่ให้เกิดความสับสนโดยสัญลักษณ์ที่ใช้จะมีสีที่แตกต่างจากป้ายอื่นๆดังรูปที่ 3 และ 4 

รูปที่ 3 สัญลักษณ์ของสถานีชาร์จไฟฟ้า

รูปที่ 4 สถานีชาร์จไฟฟ้าของยานพาหนะไฟฟ้า

กริด (Grid) 
       ระบบการส่งจ่ายกำลังไฟฟ้าในปัจจุบันยังเป็นระบบเดิม คือระบบการส่งจ่ายกำลังไฟฟ้าที่เรียกว่าระบบกริด (Grid) นี้เป็นการส่งจ่ายกำลังไฟฟ้าแบบทิศทางทางเดียว (One Way Communication) คือจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (Generator) จ่ายกำลังไฟฟ้าออกมาแล้วส่งผ่านสายส่ง (Transmission Line) และระบบจำหน่ายไฟฟ้าย่อย (Distribution System) ไปยังผู้ใช้ปลายทาง โดยแสดงได้ดังรูปที่ 5 ซึ่งการส่งจ่ายระบบไฟฟ้าในรูปแบบนี้ ทำให้เกิดความสูญเสีย (Loss) ขึ้นในระบบไฟฟ้าเป็นอย่างมากเนื่องจากระยะทางในการส่งจ่ายที่ไกลจากการใช้งาน

รูปที่ 5 ระบบส่งจ่ายไฟฟ้ากำลังแบบ one-way flow of electricity

ยานพาหนะไฟฟ้าสู่ระบบกริด Vehicle-to-grid systems (V2G)
       หลังจากเหตุภัยพิบัติพายุเข้าถล่มชายฝั่งตะวันออกของประเทศสหรัฐอเมริกา เป็นเหตุให้หลายเมืองไม่มีไฟฟ้าใช้ ซึ่งเป็นปัญหาที่ร้ายแรงมาก จนในปี 2012 ทำให้เกิดแนวคิดในการผลิตยานพาหนะไฟฟ้า (Electric vehicles, EVs) ขึ้นมาเพื่อให้ยานพาหนะไฟฟ้านี้ เป็นแหล่งพลังงานฉุกเฉินสำหรับการจ่ายไฟฟ้าให้แก่บ้านเมืองเวลาเกิดภัยพิบัติต่างๆ 
       Vehicle-to-grid (V2G) เป็นการนำพลังงานไฟฟ้าที่กักเก็บอยู่ในแบตเตอรี่สามารถป้อนกลับเข้าไปยังระบบไฟฟ้าได้ในกรณีที่ยานพาหนะไฟฟ้าไม่ได้ใช้งานและยังเป็นระบบที่เปรียบเสมือนมีการไหลแบบสองทิศทางที่มีประสิทธิภาพซึ่งไม่ได้เป็นเพียงการชาร์จแบตเตอรี่เท่านั้น โดยการป้อนกลับนั้นสามารถทำเพื่อรักษาสมดุลและรักษาเสถียรภาพของระบบไฟฟ้าในช่วงที่เกิดขัดข้องทางไฟฟ้าต่างๆที่ส่งผลมายังระบบไฟฟ้าหรือเพื่อเป็นการขายไฟฟ้ากลับคืนเข้าสู่ระบบโดยจะเป็นการเกี่ยวข้องในแง่ของเศรษฐกิจ
       โดยทั่วไปยานพาหนะไฟฟ้ามีความสามารถในการทำงานแบ่งออกเป็นสองโหมดหลักของการทำงาน คือการทำงานแบบโดดเดี่ยวและโหมดการเชื่อมต่อกริด ซึ่งในแบบทั้งสองโหมดนั้นสามารถแสดงการทำงานได้ในรูปที่ 6

รูปที่ 6 โหมดการทำงานทั้งสองแบบของ V2G

       ในโหมด Stand-alone หรือยานพาหนะไฟฟ้าสู่บ้านเรือน (Vehicle-to-Home, V2H) เป็นการนำพลังงานไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ของยานพาหนะไฟฟ้า จะถูกนำมาใช้เป็นแหล่งพลังงานสำรองในเวลาที่ขาดแคลนไฟฟ้าหรือไฟดับ นอกจากนี้ยังช่วยให้ระบบทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น โดยการนำกำลังผลิตพลังงานไฟฟ้าจากแบตเตอรี่เป็นแหล่งพลังงานทดแทนให้กับท้องถิ่น เช่น แผงเซลล์แสงอาทิตย์บนหลังคาและกังหันลม ซึ่งสามารถแสดงดังรูปที่ 7

รูปที่ 7 รูปแบบการทำงานโหมด Stand-alone หรือยานพาหนะไฟฟ้าสู่บ้านเรือน (Vehicle-to-Home, V2H)

       สำหรับในโหมดที่เชื่อมต่อกริด (V2G) เป็นการนำแหล่งกักเก็บพลังงานไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ของยานพาหนะไฟฟ้า สามารถต่อเชื่อมกับระบบไฟฟ้าที่จะมีส่วนร่วมในการขายไฟฟ้าหรือการให้กำลังการผลิตไฟฟ้าสำรองและบริการเสริมอื่น ๆ ในโครงสร้างระบบ แสดงได้ดังรูปที่ 8

รูปที่ 8 รูปแบบการทำงานสำหรับในโหมดที่เชื่อมต่อกริด (V2G)

       เพื่ออำนวยความสะดวกและส่งเสริมการมีส่วนร่วมของยานพาหนะไฟฟ้า ในการให้บริการเสริมต่างๆไปยังระบบของการไฟฟ้าผ่านการสื่อสารที่เพียงพอ ในส่วนนี้จะแสดงถึงภาพรวมของการบริการที่แตกต่าง โดยสามารถนำเสนอในระบบไฟฟ้า V2G เป็นแหล่งจ่ายไฟสำรอง ระบบ V2G ขนาดใหญ่ที่สามารถช่วยรักษาความสมดุลระหว่างอุปสงค์และอุปาทานในระบบไฟฟ้าด้วยการจ่ายไฟฟ้าได้ โดยในที่นี้ขอยกตัวอย่างของการทำเป็นแหล่งผลิตไฟฟ้าในช่วงการใช้ไฟฟ้าสูงสุด ซึ่งแนวคิดนี้เรียกว่า Peak saving แสดงได้รูปที่ 9

รูปที่ 9 แสดงตัวอย่างการทำงานของยานพาหนะไฟฟ้าในช่วง On-Peak และ Off-Peak

       กลุ่มของพลังงานแบตเตอรี่ของยานพาหนะไฟฟ้าจำนวนมากถือว่าเป็นพลังงานหมุนเวียนประเภทหนึ่ง สามารถมีส่วนร่วมในลดค่าสูงสุดของการไฟฟ้า โดยการประสานงานร่วมกับโครงข่ายไฟฟ้าโดยการการชาร์จและดิสชาร์จของแบตเตอรี่ในช่วงเวลาที่เหมาะสม เพื่อสร้างความสมดุลของการใช้ไฟฟ้าในโหลดฐานและโหลดสูงสุด โดยจะทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานพิเศษที่จะช่วยให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าผลิตไฟฟ้าในช่วงโหลดสูงสุดและจำหน่ายไฟฟ้าในชั่วโมงเร่งด่วน จึงเป็นการลดค่าใช้จ่ายในการผลิตกำลังไฟฟ้า และในช่วง off-peak ที่เป็นโหลดฐานก็จะทำการเป็นแหล่งกักเก็บพลังงานโดยจะสามารถทำการชาร์จไฟฟ้าในช่วงที่ค่าไฟฟ้าราคาถูก  
       นอกจากการใช้งานในโหมด Stand-alone หรือ V2H ที่เชื่อมต่อภายในบ้านเรือนและการใช้งานในโหมดที่เชื่อมต่อไปยังกริด (V2G)  ยังมีอีกแนวคิดหนึ่งสำหรับของการใช้การส่งจ่ายกำลังไฟฟ้ายานพาหนะไฟฟ้าให้เป็นโครงข่ายระบบกริด ของยานพาหนะไฟฟ้าเอง โดยมีศูนย์ของระบบโครงข่ายทำงานเป็นตัวกลางที่คอยให้ข้อมูลสายตรงของการสื่อสารระหว่างผู้ประกอบการระบบโครงข่ายไฟฟ้าและยานพาหนะไฟฟ้าที่มีอยู่ โดยผู้ประกอบการระบบไฟฟ้าสามารถอัพเดตข้อมูลอย่างต่อเนื่องของสถานะสัญญา สถานการณ์เชื่อมต่อ ความพร้อมใช้งานกำลังไฟฟ้าและสถานะของการชาร์จ โดยสามารถแสดงโครงข่ายได้ดังรูปที่ 10 และเมื่อโครงข่ายส่วนนี้มีขนาดใหญ่ขึ้นก็จะเกิดการส่งข้อมูลที่เป็นโครงข่ายที่ใหญ่ดังแสดงได้ดังรูปที่ 11

รูปที่ 10 โครงข่ายระบบกริดของยานพาหนะไฟฟ้า

รูปที่ 11 โครงข่ายระบบกริดของยานพาหนะไฟฟ้าขนาดใหญ่

สรุป
       บทความนี้ได้กล่าวถึงที่มาและความสำคัญของยานพาหนะไฟฟ้า โครงสร้างและส่วนประกอบของยานพาหนะไฟฟ้าไปจนถึงวิวัฒนาการของยานพาหนะไฟฟ้าที่นำไปใช้ต่อระบบโครงข่ายไฟฟ้า หรือ Vehicle-to-grid (V2G) โดยกล่าวถึงข้อดีของการการนำแนวคิดของ V2G ไปใช้ในระบบในรูปแบบของการให้บริการเสริมต่างๆ เช่น ให้เป็นแหล่งผลิตกำลังไฟฟ้าสำหรับอาคารบ้านเรือน (V2H) หรือนำไปใช้เชื่อมต่อกับระบบโครงข่ายไฟฟ้าเพื่อแหล่งกำลังผลิตสำรองในช่วงเวลาเร่งด่วน (V2G) หรือแม้แต่การนำยานพาหนะไฟฟ้าหลายๆคันนำมาประกอบเป็นโครงข่ายของยานพาหนะไฟฟ้า เป็นต้น ทั้งหมดนี้ส่งผลระบบไฟฟ้านั้นมีประสิทธิภาพมากขึ้น มีแหล่งพลังงานหมุนเวียนมากขึ้นและลดการใช้ทรัพยากรน้ำมันที่กำลังจะหมดไปรวมถึงการก่อให้เกิดเทคโนโลยีนวัตกรรมใหม่ๆเพื่ออนาคตที่ดีกว่าเดิม 

เอกสารอ้างอิง 
1. “Smart Grid Communications and Networking”, H. Ekram, H. Zhu, H. Vincent Poor 
2. นาย ธนากร ป้องคำ, นาย สัจจา บุษราคำ, อ.ดร.สัญชัย เดชานุภาพฤทธา “การศึกษาผลกระทบของรถยนต์ไฟฟ้าแบบปลั๊กอิน (PEV) ต่อระบบส่งไฟฟ้า (V2G)” ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์
3. “Vehicle Codes and Standards: Overviewand Gap Analysis” C. Blake, W. Buttner, A. Costanzo, C. Rivkin. 
4. http://www.iea.org/ieaenergy/issue6/volt-utility-vehicles-garage-based-grid.html



Copyright © 2014 Faculty of Engineering, Mahanakorn University of Technology. All Rights Reserved.