พลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานรูปหนึ่งที่มีความสำคัญและมีการใช้งานกันมาอย่างยาวนาน
โดยสามารถผลิตได้จากเชื้อเพลิงหลากหลายชนิด โดยแบ่งรายละเอียดเป็น 2 ตอน คือ

1 เชื้อเพลิงฟอสซิล
          เชื้อเพลิงฟอสซิล (Fossil Fuel) หมายถึง พลังงานของสารเชื้อเพลิงที่เกิดจากซากพืช
ซากสัตว์ที่ทับถมจมอยู่ใต้พื้นพิภพเป็นเวลานานหลายร้อยล้านปี โดยอาศัยแรงอัดของเปลือกโลก
และความร้อนใต้ผิวโลก มีทั้งของแข็ง ของเหลว และก๊าซ เช่น ถ่านหิน น้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ
เป็นต้น สำหรับประเทศไทยได้มีการนำเอาเชื้อเพลิงฟอสซิลมาใช้ในการผลิตไฟฟ้าประมาณ
ร้อยละ 89 ของแหล่งพลังงานทั้งหมด
             1. ถ่านหิน (Coal)  ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงฟอสซิลชนิดหนึ่งที่อยู่ในสถานะของแข็ง เกิดจากการทับถมกันของซากพืชในยุคดึกดำบรรพ์ ถ่านหินมีปริมาณมากกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิลชนิดอื่น ๆ โดยข้อมูลพ.ศ. 2557 พบว่าถ่านหินของโลกจะมีเพียงพอต่อการใช้งานไปอีกอย่างน้อย 110 ปี และถ่านหินในประเทศไทยเหลือใช้อยู่ 69 ปี ซึ่งถ่านหินที่นำมาเป็นเชื้อเพลิงสำหรับการผลิตกระแสไฟฟ้า
ได้แก่ ลิกไนต์ ซับบิทูมินัส และบิทูมินัส ใน พ.ศ. 2558 ประเทศไทยมีการผลิตไฟฟ้าด้วยถ่านหิน
ประมาณร้อยละ 19 โดยมีทั้งการใช้ถ่านหินจากแหล่งในประเทศ คือ ลิกไนต์ที่เหมืองแม่เมาะ
จังหวัดลำปาง และบางส่วนนำเข้าจากต่างประเทศ โดยนำเข้าจากประเทศอินโดนีเซียมากที่สุด
กระบวนการผลิตไฟฟ้าด้วยถ่านหิน เริ่มจากการขนส่งถ่านหินจากลานกองถ่านหินไปยังยุ้งถ่านหินโดยสายพานส่งไปยังเครื่องบดถ่านหินซึ่งจะบดถ่านหินเป็นผงละเอียดแล้วส่งไปยังหม้อไอน้ำเพื่อเผาไหม้ ทำให้น้ำร้อนขึ้นจนเกิดไอน้ำซึ่งจะถูกส่งไปยังกังหันไอน้ำ ทำให้กังหันหมุนโดยแกนของกังหันเชื่อมต่อไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจึงทำให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำงานผลิตกระแสไฟฟ้าออกมาดังภาพ

กระบวนการผลิตไฟฟ้าด้วยถ่านหิน มีข้อดีและข้อจำกัดดังนี้

2. น้ำมัน (Petroleum Oil) น้ำมันเป็นเชื้อเพลิงฟอสซิลชนิดหนึ่งที่มีสถานะเป็นของเหลว เกิดจากซากพืชซากสัตว์ทับถมเป็นเวลาหลายล้านปี โดยข้อมูลปี พ.ศ. 2557 พบว่าปริมาณน้ำมันดิบสำรองของโลกจะมีเพียงพอต่อการใช้งานประมาณ 52.5 ปี เท่านั้น ส่วนประเทศไทยมีแหล่งน้ำมันดิบจากกลางอ่าวไทย เช่น แหล่งเบญจมาศ และแหล่งจัสมิน เป็นต้น และบนบก เช่น แหล่งสิริกิติ์อำเภอลานกระบือ จังหวัดกำแพงเพชร เป็นต้น ซึ่งเหลือใช้อีก 2.8 ปี  น้ำมันที่ใช้ในการผลิตไฟฟ้ามี 2 ประเภท คือ น้ำมันเตา และน้ำมันดีเซล ในปีพ.ศ. 2558 การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.) ใช้น้ำมันผลิตไฟฟ้าในสัดส่วนเพียงร้อยละ 1 เท่านั้น เนื่องจากมีต้นทุนการผลิตสูง สำหรับการใช้น้ำมันมาผลิตไฟฟ้านั้นมักจะใช้เป็นเชื้อเพลิงสำรองในกรณีที่เชื้อเพลิงหลักไม่สามารถนำมาใช้ผลิตได้กระบวนการผลิตไฟฟ้าด้วยน้ำมันมี 2 กระบวนการ คือ

1) การผลิตไฟฟ้าด้วยน้ำมันเตา ใช้น้ำมันเตาเป็นเชื้อเพลิงให้ความร้อนไปต้มน้ำเพื่อผลิตไอน้ำไปหมุนกังหันไอน้ำที่ต่ออยู่กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า จึงเกิดการผลิตไฟฟ้าออกมา

2) การผลิตไฟฟ้าด้วยน้ำมันดีเซล มีหลักการทำงานเหมือนกับเครื่องยนต์ในรถยนต์ทั่วไป ซึ่งจะอาศัยหลักการสันดาปน้ำมันดีเซลของเครื่องยนต์ดีเซล ทำให้เพลาของเครื่องยนต์หมุนส่งผลให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งต่อกับเพลาของเครื่องยนต์หมุน จึงเกิดการผลิตไฟฟ้าออกมา

3. ก๊าซธรรมชาติ (Natural Gas) ก๊าซธรรมชาติ เป็นเชื้อเพลิงฟอสซิลชนิดหนึ่งที่มีสถานะเป็นก๊าซ ซึ่งเกิดจากการทับถมของซากพืชซากสัตว์มานานนับล้านปี โดยข้อมูลปี พ.ศ. 2557 พบว่าปริมาณก๊าซธรรมชาติสำ รองของโลกจะมีเพียงพอต่อการใช้งานประมาณ 54.1 ปี เท่านั้น และก๊าซธรรมชาติในประเทศไทย เหลือใช้อีก 5.7 ปี ใน พ.ศ. 2558 ประเทศไทยใช้ก๊าซธรรมชาติ ผลิตกระแสไฟฟ้าในสัดส่วนที่สูงมากถึงประมาณร้อยละ 69 ซึ่งเป็นก๊าซธรรมชาติที่ประเทศไทย ผลิตร้อยละ 60 และนำเข้าจากประเทศเมียนมาร์ร้อยละ 40 นับเป็นความเสี่ยงด้านความมั่นคงในการจัดหาพลังงานไฟฟ้า เมื่อเปรียบเทียบปริมาณการใช้และการผลิตไฟฟ้าของประเทศไทย กระบวนการผลิตไฟฟ้าด้วยก๊าซธรรมชาติ เริ่มต้นด้วยกระบวนการเผาไหม้ก๊าซธรรมชาติ ในห้องสันดาปของกังหันก๊าซที่มีความร้อนสูงมาก เพื่อให้ได้ก๊าซร้อนมาขับกังหันซึ่งจะไปหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า จากนั้นจะนำก๊าซร้อนส่วนที่เหลือไปผลิตไอน้ำสำหรับใช้ขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบกังหันไอน้ำ สำ หรับไอน้ำส่วนที่เหลือจะมีแรงดันต่ำ ก็จะผ่านเข้าสู่กระบวนการลดอุณหภูมิ เพื่อให้ไอน้ำควบแน่นเป็นน้ำและนำกลับมาป้อนเข้าระบบผลิตใหม่อย่างต่อเนื่อง

2 พลังงานทดแทน

พลังงานทดแทน (Alternative Energy) ตามความหมายของกระทรวงพลังงาน คือพลังงานที่นำมาใช้แทนน้ำมันเชื้อเพลิง ซึ่งจัดเป็นพลังงานหลักที่ใช้กันอยู่ทั่วไปในปัจจุบัน พลังงานทดแทนที่สำคัญ ได้แก่ พลังงานน้ำ พลังงานลม พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานความร้อนใต้พิภพ  พลังงานจากชีวมวล และพลังงานนิวเคลียร์ เป็นต้น

1. ความสำคัญของพลังงานทดแทน

       ปัจจุบันทั่วโลก โดยเฉพาะประเทศไทย กำลังเผชิญกับปัญหาด้านพลังงานเชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น น้ำ มัน ก๊าซธรรมชาติ เป็นต้น ทั้งในด้านราคาที่สูงขึ้น และปริมาณที่ลดลงอย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้ปัญหาสภาวะโลกร้อนซึ่งส่วนหนึ่งมาจากการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลที่มากขึ้นอย่างต่อเนื่องตามการขยายตัวของเศรษฐกิจโลก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการกระตุ้นให้เกิดการคิดค้นและพัฒนาเทคโนโลยีที่ใช้พลังงานชนิดอื่น ๆ ขึ้นมาทดแทน ซึ่งพลังงานทดแทนเป็นพลังงานชนิดหนึ่งที่ได้รับความสนใจ และภาครัฐได้มีนโยบายส่งเสริมให้มีการพัฒนาเทคโนโลยีด้านพลังงานทดแทนอย่างกว้างขวางในประเทศ เนื่องจากเป็นพลังงานที่ใช้แล้วไม่ทำลายสิ่งแวดล้อม

2. ประเภทของพลังงานทดแทน

       พลังงานทดแทนมีหลายประเภท ซึ่งแต่ละประเภท มีหลักการทำงานแตกต่างกันไปทั้งนี้ กระทรวงพลังงานได้แบ่งประเภทของพลังงานทดแทนตามแหล่งที่มาออกเป็น 2 ประเภท คือ

2.1 พลังงานทดแทนประเภทสิ้นเปลือง เป็นพลังงานทดแทนจากแหล่งที่ได้มาแล้วใช้หมดไป เช่น ถ่านหิน ก๊าซธรรมชาติ พลังงานนิวเคลียร์ เป็นต้น

2.2 พลังงานทดแทนประเภทหมุนเวียน เป็นพลังงานทดแทนจากแหล่งที่ใช้แล้วสามารถหมุนเวียนมาใช้ได้อีก เช่น ลม น้ำ แสงอาทิตย์ ชีวมวล ความร้อนใต้พิภพ ไฮโดรเจน เป็นต้น

3. หลักการทำงานของพลังงานทดแทน

        พลังงานทดแทนที่สำคัญและใช้กันอยู่ในปัจจุบัน ได้แก่ ลม น้ำ แสงอาทิตย์ ชีวมวล  ความร้อนใต้พิภพ และนิวเคลียร์ ซึ่งมีรายละเอียดดังนี้

3.1 พลังงานลม     การผลิตกระแสไฟฟ้าจากพลังงานลม จะใช้กังหันลมเป็นอุปกรณ์ในการเปลี่ยนพลังงานลมเป็นพลังงานไฟฟ้า โดยจะต่อใบพัดของกังหันลมเข้ากับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเมื่อลมพัดมาปะทะจะทำให้ใบพัดหมุน แรงจากการหมุนของใบพัดจะทำให้แกนหมุนที่เชื่อมอยู่กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมุน เกิดการเหนี่ยวนำและได้ไฟฟ้าออกมาดังภาพ อย่างไรก็ดีการผลิตไฟฟ้าด้วยพลังงานลมก็จะขึ้นกับความเร็วลมด้วย สำหรับประเทศไทยมีศักยภาพพลังงานลมต่ำ ทำให้ผลิตไฟฟ้าได้จำกัดไม่เต็มกำลังการผลิตติดตั้ง

      3.2 พลังงานน้ำ  การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานน้ำ โดยการปล่อยน้ำจากเขื่อนให้ไหลจากที่สูงลงสู่ที่ต่ำ เมื่อน้ำไหลลงมาปะทะกับกังหันน้ำก็จะทำให้กังหันหมุน แกนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ถูกต่ออยู่กับกังหันน้ำดังกล่าวก็จะหมุนตาม เกิดการเหนี่ยวนำและได้ไฟฟ้าออกมา จากนั้นก็ปล่อยน้ำให้ไหลสู่แหล่งน้ำตามเดิมดังภาพ แต่ประเทศไทยสร้างเขื่อนโดยมีวัตถุประสงค์หลัก คือ การกักเก็บน้ำไว้ใช้ในการเกษตร ดังนั้นการผลิตไฟฟ้าด้วยพลังงานน้ำจากเขื่อนจึงเป็นเพียงผลพลอยได้เท่านั้น

   3.3 พลังงานแสงอาทิตย์   การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ใช้เซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Cell) ซึ่งเป็นสิ่งประดิษฐ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ชนิดหนึ่ง ทำมาจากสารกึ่งตัวนำพวกซิลิคอน สามารถเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้โดยตรงดังภาพ แม้พลังงานแสงอาทิตย์จะเป็นพลังงานสะอาดแต่ก็มีข้อจำกัดในการผลิตไฟฟ้า โดยสามารถผลิตไฟฟ้าได้แค่ช่วงที่มีแสงแดดเท่านั้นประสิทธิภาพของการผลิตไฟฟ้าขึ้นอยู่กับความเข้มรังสีดวงอาทิตย์ ซึ่งจะมีค่าเปลี่ยนแปลงไปตามเส้นละติจูด ช่วงเวลาของวัน ฤดูกาล และสภาพอากาศ    สำหรับในประเทศไทยได้รับรังสีดวงอาทิตย์ค่อนข้างสูงระหว่างเดือนเมษายนและพฤษภาคม เท่านั้น บริเวณที่รับรังสีดวงอาทิตย์สูงสุดตลอดทั้งปีที่ค่อนข้างสม่ำเสมออยู่ในบริเวณจังหวัดนครราชสีมา บุรีรัมย์ ศรีสะเกษ ร้อยเอ็ด ยโสธร อุบลราชธานี และอุดรธานีบางส่วนในภาคกลางที่จังหวัดสุพรรณบุรี ชัยนาท พระนครศรีอยุธยา และลพบุรี ส่วนในบริเวณจังหวัดอื่นๆ ความเข้มรังสีดวงอาทิตย์มีความไม่สม่ำเสมอและมีปริมาณความเข้มต่ำ จึงไม่คุ้มค่ากับการลงทุนสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ในเชิงพาณิชย์ 

3.4 พลังงานชีวมวล   พลังงานชีวมวลเป็นพลังงานความร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงที่มาจากชีวมวลหรือสิ่งมีชีวิต โดยแบ่งตามแหล่งกำเนิดชีวมวลได้ 3 กลุ่ม คือ 1) เกษตรกรรม ได้แก่วัสดุทางการเกษตร และวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตร 2) อุตสาหกรรม ได้แก่ วัสดุเหลือทิ้งภายหลังปรับเปลี่ยนรูปผลผลิตการเกษตร ของเสียจากกระบวนการผลิต และ 3) ชุมชน ได้แก่ขยะมูลฝอย และน้ำเสียจากชุมชน

กระบวนการผลิตไฟฟ้าจากเชื้อเพลิงชีวมวลมี 2 วิธี ดังนี้

1) การเผาไหม้โดยตรง เช่น การนำวัสดุเหลือทิ้งจากการเกษตรมาเผาให้ความร้อนในหม้อไอน้ำ จนกลายเป็นไอน้ำที่ร้อนจัด และมีความดันสูง ไอน้ำจะไปปั่นกังหันไอน้ำที่ต่ออยู่กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าออกมา 

2) การเปลี่ยนเชื้อเพลิงชีวมวลให้เป็นเชื้อเพลิง เรียกว่า ก๊าซชีวภาพ ได้แก่มูลสัตว์ และของเสียจากโรงงานแปรรูปทางการเกษตร เช่น เปลือกสับปะรดจากโรงงานสับปะรดกระป๋อง หรือน้ำเสียจากโรงงานแป้งมัน แล้วนำก๊าซชีวภาพไปใช้เป็นเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์สำหรับผลิตไฟฟ้าได้อีกด้วย                                       

              ประเทศไทยทำการเกษตรอย่างกว้างขวาง จึงมีวัสดุเหลือใช้จากการเกษตร เช่นแกลบ ขี้เลื่อย ชานอ้อย กากมะพร้าว อยู่จำนวนมาก สามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงผลิตไฟฟ้าในเชิงพาณิชย์ได้ แต่มีข้อจำกัดในการจัดหาชีวมวลในปริมาณที่ต้องการใช้ให้คงที่ตลอดปี เพราะชีวมวลบางประเภทมีจำกัดบางช่วงเวลาหรือบางฤดูกาลและขึ้นอยู่กับผลผลิต เช่น กากอ้อย แกลบเป็นต้น ทำให้เกิดความผันผวนของราคาชีวมวล นอกจากนี้การผลิตไฟฟ้าด้วยชีวมวลยังมีข้อจำกัดคือ มีการเก็บรักษาและการขนส่งที่ยาก ต้องการพื้นที่ในการเก็บรักษาขนาดใหญ่

3.5 พลังงานความร้อนใต้พิภพ  พลังงานความร้อนใต้พิภพเป็นพลังงานความร้อนตามธรรมชาติที่ได้จากแหล่งความร้อนที่ถูกกักเก็บอยู่ภายใต้ผิวโลก แหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพจะตั้งอยู่ในบริเวณที่เรียกว่าจุดร้อน (Hot Spots) มักตั้งอยู่ในบริเวณที่มีการเคลื่อนที่ของเปลือกโลก เขตที่ภูเขาไฟยังคุกรุ่น และบริเวณที่มีชั้นของเปลือกโลกบาง ปรากฏให้เห็นในรูปของบ่อน้ำพุร้อน ไอน้ำร้อนและบ่อโคลนเดือด เป็นต้น

               ประเทศไทยมีแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพที่มีศักยภาพเป็นแหล่งผลิตพลังงานไฟฟ้าได้น้อย จึงมีการการผลิตไฟฟ้าจากความร้อนใต้พิภพเพียงแห่งเดียว คือ โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพฝาง ตั้งอยู่ที่ ตำบลม่อนปิ่น อำเภอฝาง จังหวัดเชียงใหม่โดยได้เริ่มเดินเครื่องเมื่อวันที่ 5 ธันวาคม พ.ศ. 2532 มีขนาดกำลังผลิต 300 กิโลวัตต์มีหลักการทำงาน คือ นำน้ำร้อนจากหลุมเจาะไปถ่ายเทความร้อนให้กับของเหลวหรือสารทำงาน(Working Fluid) ที่มีจุดเดือดต่ำจนกระทั่งเดือดเป็นไอ แล้วนำไอนี้ไปหมุนกังหันเพื่อขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าผลิตไฟฟ้าออกมา

         พลังงานความร้อนใต้พิภพมีข้อจำกัด คือ ใช้ได้เฉพาะในพื้นที่ที่มีศักยภาพพลังงานความร้อนใต้พิภพอยู่เท่านั้น นอกจากนี้การใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพอาจมีก๊าซและน้ำที่มีแร่ธาตุที่เป็นอันตรายต่อร่างกายของสิ่งมีชีวิต

3.6 พลังงานนิวเคลียร์   พลังงานนิวเคลียร์ เป็นพลังงานที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงภายในนิวเคลียสของอะตอม ซึ่งมนุษย์ได้มีการนำพลังงานนิวเคลียร์มาใช้ประโยชน์ในหลายด้าน ได้แก่ การแพทย์เกษตรกรรม อุตสาหกรรม และการผลิตไฟฟ้าการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานนิวเคลียร์เป็นการใช้ปฏิกิริยาแตกตัวนิวเคลียสของอะตอมของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่เรียกว่า ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน (Nuclear Fission)ผลิตความร้อนในถังปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ธาตุที่สามารถนำ มาใช้เป็นเชื้อเพลิงในโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ คือ ยูเรเนียม – 235 ซึ่งเป็นธาตุตัวหนึ่งที่มีอยู่ในธรรมชาติ โดยนิวเคลียสของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์จะแตกออกได้เป็นธาตุใหม่ 2 ธาตุ พร้อมทั้งให้พลังงานหรือความร้อนจำนวนมหาศาลออกมา ความร้อนที่เกิดขึ้นนี้สามารถนำมาให้ความร้อนกับน้ำจนเดือดกลายเป็นไอน้ำไปหมุนกังหันไอน้ำที่ต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าก็จะสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้

            ปัจจุบันเทคโนโลยีการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานนิวเคลียร์ได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่องโดยเฉพาะด้านมาตรฐานความปลอดภัย จึงทำให้การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานนิวเคลียร์ในประเทศต่าง ๆ เพิ่มมากขึ้น ประกอบกับมีต้นทุนการผลิตไฟฟ้าต่อหน่วยต่ำ รวมไปถึงโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ยังมีความพึ่งพาได้สูง เนื่องจากสามารถผลิตไฟฟ้าได้ในปริมาณมากอย่างต่อเนื่องเมื่อเปรียบเทียบกับเชื้อเพลิงชนิดอื่น ๆ นอกจากนี้ไม่มีการเผาไหม้ โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ไม่ปล่อยก๊าซเรือนกระจก แต่มีข้อจำกัดในเรื่องของการจัดการกากกัมมันตรังสีและเชื้อเพลิงที่ใช้แล้ว

4. ข้อดีและข้อจำกัดของพลังงานทดแทน

พลังงานทดแทนที่ได้ศึกษามาแล้วมีข้อดีและข้อจำกัดดังตาราง เพื่อจะนำไปใช้เป็นข้อมูลในการพิจารณาเลือกใช้พลังงานทดแทนแต่ละชนิดได้อย่างถูกต้องและเหมาะสม