พลังงานน้ำ การเคลื่อนไหวที่ไม่มีวันสิ้นสุด

โลกกลมๆ ของเราใบนี้มีน้ำเป็นส่วนประกอบถึง 70% ซึ่งแน่นอนว่ามันจะสามารถนำมาใช้เป็นพลังงานน้ำได้อย่างไม่มีวันหมด โดยประเภทของพลังงานน้ำก็แบ่งได้คร่าวๆ เป็น พลังงานน้ำตก พลังงานน้ำขึ้นน้ำลง และ พลังคลื่น โดยประโยชน์ของน้ำนอกจากจะสามารถนำไปใช้อุปโภค บริโภค ในครัวเรือน ใช้ผลิตสินค้าในภาคอุตสาหกรรม หรือใช้เป็นพื้นที่เดินทางข้ามทวีปน้ำยังสามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานที่ทรงพลัง อีกทั้งยังสร้างประโยชน์ให้กับมนุษยชาติอีกมากมาย ยกตัวอย่างเช่น “การผลิตไฟฟ้า” ที่ใช้พลังการเคลื่อนไหวของน้ำทำให้เป็นต้นกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งอันที่จริงเราก็คุ้นเคยกับการผลิตไฟฟ้าประเภทนี้เป็นอย่างดี ดูได้จากเขื่อนพลังงานน้ำในบ้านเราที่กลายเป็นสถานที่ท่องเที่ยวของหลายครอบครัวไปเสียแล้ว อาทิ เขื่อนศรีนครินทร์ เขื่อนภูมิพล เขื่อนสิริกิติ์ และอีกมากมาย ไปดูกันว่าโรงงานไฟฟ้าพลังงานน้ำที่ตั้งอยู่ตามเขื่อนต่างๆ นั้นต่างกันอย่างไร และผลิตไฟฟ้าให้เราใช้กันได้เพียงพอหรือไม่ต่อปี

ก่อนที่เราจะกล่าวถึงรายละเอียดของโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำซึ่งมีอยู่หลายประเภทแล้ว เรามาทำความเข้าใจเรื่องที่สำคัญ 2 เรื่องที่สำคัญต่อการกำเนิดของไฟฟ้าพลังงานน้ำกันก่อนคือ

พลังงานนํ้า (Hydropower)

พลังงานน้ำเป็นพลังหรือกำลังที่เกิดจากการไหลของนํ้า ซึ่งเป็นพลังที่มีอานุภาพมาก พลังงานจลน์ และพลังงานศักย์ของนํ้าซึ่งเกิดจากการไหลของนํ้า และการปล่อยนํ้าจากที่สูง หรือการขึ้น-ลงของคลื่น แปลงเป็นพลังงานกลขับเคลื่อนกังหันนํ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เรียกว่า ไฟฟ้าพลังนํ้าการแปลงรูปพลังงานขึ้นอยู่กับปัจจัยสำคัญ คือ ความสูงของหัวนํ้า และความเร็วของนํ้า ขั้นตอนต่างๆ มีการสูญเสีย (loss) เช่น ความฝืดของผิววัสดุที่นํ้าไหลผ่านการรั่วไหลของนํ้า เป็นต้น สมการรวมแสดงความสัมพันธ์การแปลงพลังงานนํ้าเป็นพลังงานไฟฟ้า ได้แก่

P = γQHη/1000

เมื่อ P = กำลังไฟฟ้า (กิโลวัตต์)

Q = อัตราการไหลของนํ้าผ่านเครื่องกังหันนํ้า (ลูกบาศก์เมตรต่อวินาที)

H = ความสูงของหัวนํ้า (เมตร)

γ = หน่วยของแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อนํ้า มีค่าเท่ากับ 9,806 นิวตัน/ลูกบาศก์เมตร

η = ประสิทธิภาพรวมของกังหันนํ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ปกติจะอยู่ระหว่าง 0.5-0.9

2) ไฟฟ้าพลังงานนํ้า(Hydroelectricity)

ไฟฟ้าพลังงานน้ำคือ พลังงานไฟฟ้าที่เกิดจากพลังนํ้า โดยใช้พลังงานจลน์ของนํ้าที่เกิดจากการปล่อยนํ้าจากที่สูงหรือการไหลของนํ้า หรือ การขึ้น-ลงของคลื่นไปหมุนกังหันนํ้า และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยพลังงานที่ได้จากไฟฟ้าพลังนํ้านี้ขึ้นอยู่กับปริมาณนํ้า ความแตกต่างของระดับนํ้าและประสิทธิภาพของกังหันนํ้า และเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากำลังไฟฟ้า และพลังงาน นํ้า ปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตจากพลังงานนํ้า คำนวณได้จาก

W = PT

เมื่อ W = ปริมาณพลังงานไฟฟ้า (กิโลวัตต์-ชั่วโมง)

P = กำลังไฟฟ้า (กิโลวัตต์)

T = ระยะเวลาในการผลิต (ชั่วโมง)

ซึ่งโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำมีอยู่ด้วยกันหลายประเภทดังนี้

• โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบสูบนํ้ากลับ (Pumped storage hydro plant)

เป็นโรงไฟฟ้าที่สามารถสูบนํ้าที่ปล่อยจากอ่างเก็บนํ้าลงมา แล้วนำกลับขึ้นไปเก็บไว้ในอ่างเก็บนํ้าเพื่อใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าได้อีกประโยชน์ของโรงไฟฟ้าชนิดนี้เกิดจากการแปลงพลังงานที่เหลือใช้ในช่วงที่มีความต้องการใช้ไฟฟ้าตํ่า เช่น เวลาเที่ยงคืนนำไปสะสมไว้ในรูปของการเก็บนํ้าในอ่างเก็บนํ้าเพื่อที่จะสามารถใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าได้อีกครั้งหนึ่งในช่วงที่มีความต้องการใช้ไฟฟ้าสูง เช่น เวลาหัวคํ่า ตัวอย่างของโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำ ได้แก่ โรงไฟฟ้าเขื่อนศรีนครินทร์ หน่วยที่ 4 ซึ่งสามารถสูบนํ้ากลับขึ้นไปเก็บไว้ในอ่างเก็บนํ้าเขื่อนศรีนครินทร์ได้ พื้นที่อ่างเก็บนํ้า 419 ตารางกิโลเมตร มีความจุมากเป็นอันดับหนึ่งคือ 17,745 ล้านลูกบาศก์เมตร โรงไฟฟ้าเป็นอาคารคอนกรีตเสริมเหล็กติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจำนวน 5 เครื่อง รวมกำลังผลิตทั้งสิ้น 720,000 กิโลวัตต์

• โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบมีอ่างเก็บน้ำขนาดเล็ก (Regulating pond hydroplant)

เป็นโรงไฟฟ้าที่สามารถบังคับการไหลของนํ้าได้ในช่วงสั้นๆ เช่น ประจำวันหรือประจำสัปดาห์ สามารถควบคุมการผลิตไฟฟ้าให้สอดคล้องกับความต้องการได้ดีกว่าโรงไฟฟ้าแบบมีนํ้าไหลผ่านตลอดปี แต่อยู่ในช่วงเวลาที่จำกัดตามขนาดของอ่างเก็บนํ้า ตัวอย่างเช่นโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำเขื่อนท่าทุ่งนา จังหวัดกาญจนบุรี โรงไฟฟ้าเป็นอาคารคอนกรีตเสริมเหล็ก จำนวน 5 ชั้น กว้าง 20 เมตร ยาว 50 เมตร สูง 45.78 เมตร ติดตั้งเครื่องผลิตไฟฟ้าชนิดกระแสสลับ ระบายความร้อนด้วยอากาศ จำนวน 2 เครื่อง แต่ละเครื่องให้กำลังผลิต 19 เมกะวัตต์ รวมกำลังผลิตทั้งสิ้น 38 เมกะวัตต์ ให้พลังงานเฉลี่ยปีละ 170 ล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง และโรงไฟฟ้าขนาดเล็ก บ้านสันติ จังหวัดยะลา

• โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบมีอ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่ (Reservoir hydro plant)

เป็นโรงไฟฟ้าที่มีเขื่อนกั้นนํ้าขนาดใหญ่ และสูง กั้นขวางลำนํ้าไว้ ทำให้เกิดเป็นทะเลสาบใหญ่ ซึ่งสามารถเก็บกักนํ้าในฤดูฝน และนำไปใช้ในฤดูแล้งได้ นับว่ามีประโยชน์มาก เพราะสามารถควบคุมการใช้นํ้าในการผลิตกระแสไฟฟ้าเสริมในช่วงที่มีความต้องการใช้ไฟฟ้าสูงได้อย่างมีประสิทธิภาพตลอดปี ประเทศไทยจัดไว้ในประเภทโรงไฟฟ้าพลังนํ้าขนาดใหญ่ เช่น เขื่อนภูมิพล จังหวัดตาก เขื่อนสิริกิติ์ จังหวัดอุตรดิตถ์

• โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบมีน้ำไหลตลอดปี (Run-of- river hydro plant)

เป็นโรงไฟฟ้าที่ไม่มีอ่างเก็บนํ้า ผลิตไฟฟ้าโดยพลังงานนํ้าที่ไหลตามธรรมชาติของลำนํ้าในบางช่วง หากนํ้ามีปริมาณมากเกินกว่าที่โรงไฟฟ้าจะรับไว้ได้ก็ต้องปล่อยทิ้งไป ส่วนใหญ่ติดตั้งอยู่กับเขื่อนผันนํ้าชลประทานซึ่งมีนํ้าไหลผ่านตลอดปี การออกแบบกำลังการผลิตติดตั้งมักจะคำนวณจากอัตราการไหลของนํ้าประจำปีช่วงตํ่าสุดเพื่อที่จะสามารถเดินเครื่องผลิตไฟฟ้าได้อย่างสมํ่าเสมอตลอดทั้งปี ตัวอย่างเช่น โรงไฟฟ้าที่การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย กำลังศึกษาเพื่อก่อสร้างที่เขื่อนผันนํ้าเจ้าพระยาจังหวัดชัยนาท และ ลูกบาศก์เมตร ปริมาณนํ้าไหลเข้าอ่างเฉลี่ยปีละ 5,369 ล้านลูกบาศก์เมตร ติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้า 3 เครื่องบริเวณปล่อยนํ้า ขนาดกำลังผลิต 100,000 กิโลวัตต์รวมกำลังผลิต 300,000 กิโลวัตต์ ให้พลังงานไฟฟ้าเฉลี่ยปีละ 760 ล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง โครงการโรงไฟฟ้าพลังงานนํ้าแม่กืมหลวงจังหวัดเชียงใหม่ ของกรมพัฒนาพลังงานทดแทน และอนุรักษ์พลังงาน (พพ.) กระทรวงพลังงาน

โครงการไฟฟ้าพลังน้ำแม่กืมหลวง จังหวัดเชียงใหม่

Bibliography

กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน. (2557). ไฟฟ้าพลังน้ำ. In กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน, สารานุกรมพลังงานทดแทน (pp. 253, 256, 258, 260). กรุงเทพมหานคร,ประเทศไทย.

พลังงานน้ำ การเคลื่อนไหวที่ไม่มีวันสิ้นสุด