พลังงานน้ำ นวัตกรรมพันปีที่เป็นแหล่งพลังงานทดแทนอนุภาพมหาศาลในปัจจุบัน

พลังงานน้ำ นวัตกรรมพันปีที่กลายเป็นแหล่งพลังงานทดแทนอนุภาพมหาศาลในปัจจุบัน

พลังงานน้ำ เป็นพลังที่มีอนุภาพมหาศาล ถูกมนุษย์นำมาใช้มานานนับศตวรรษ ในปัจจุบัน พลังงานน้ำ ถูกใช้เพื่อการผลิตกระแสไฟฟ้าอย่างกว้างขวาง

พลังงานน้ำ ได้ถูกใช้ประโยชน์มาแล้วหลายร้อยปี ทั้งกังหันน้ำสำหรับยกน้ำขึ้นสู่ที่สูงเพื่อใช้ประโยชน์ในครัวเรือน หมุนเครื่องจักรในโรงงานสีข้าว โรงงานทอผ้า และโรงงานอุตสาหกรรมต่าง ๆ โดยปัจจุบันนิยมใช้ในการผลิตไฟฟ้า ซึ่งเรียกว่า ไฟฟ้า พลังงานน้ำ

พลังงานน้ำ (Hydropower) เป็นพลังงานรูปแบบหนึ่งโดยอาศัยกำลังจากการเคลื่อนที่ของน้ำ พลังงานของมวลน้ำที่เคลื่อนที่ได้ถูกมนุษย์นำมาใช้มานานนับศตวรรษ โดยได้มีการสร้างกังหันน้ำ (Water Wheel) เพื่อใช้ประกอบการงานต่าง ๆ

ชาวอินเดียและโรมัน มีการประยุกต์ใช้กังหันน้ำในการโม่แป้งจากเมล็ดพืช ส่วนในจีนและตะวันออกมีการใช้พลังงานน้ำในการวิดน้ำเพื่อการชลประทาน โดยในช่วงทศวรรษที่ 1830 ซึ่งเป็นยุคที่การสร้างคลองเฟื่องฟู ก็ได้มีการประยุกต์เอาพลังงานน้ำมาใช้เพื่อขับเคลื่อนเรือขึ้นและลงจากเขา โดยอาศัยรางรถไฟที่ลาดเอียง

อย่างไรก็ตามเนื่องจากการประยุกต์ใช้พลังงานน้ำในยุคแรกนั้นเป็นการส่งต่อพลังงานโดยตรง (Direct Mechanical Power Transmission) ทำให้การใช้พลังงานน้ำต้องอยู่ใกล้แหล่งพลังงาน เช่น น้ำตก เป็นต้น แต่ในปัจจุบันนี้พลังงานน้ำได้ถูกใช้เพื่อการผลิตกระแสไฟฟ้ากันอย่างกว้างขวาง ทำให้สามารถส่งต่อพลังงานไปใช้ในที่ห่างจากแหล่งน้ำได้

พลังงานน้ำ, เขื่อน
ผิวน้ำเหนือเขื่อนเขื่อนซานเสียต้าป้า หรือเขื่อนสามผา ประเทศจีน เป็นเขื่อนอเนกประสงค์ที่ใหญ่ที่สุดในโลก ภาพถ่ายโดย YISHANG SHI/UNSPLASH

ประเภทของพลังงานน้ำ

01 พลังงานน้ำขึ้นน้ำลง

มีพื้นฐานมาจากพลังงานศักย์และพลังงานจลน์ของระบบที่ประกอบด้วยดวงอาทิตย์ โลก และดวงจันทร์ สำหรับในการเปลี่ยนพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงให้เป็นพลังงานไฟฟ้า คือเลือกแม่น้ำหรืออ่าวที่มีพื้นที่เก็บน้ำได้มากและพิสัยของน้ำขึ้นน้ำลงมีค่าสูง แล้วสร้างเขื่อนที่ปากแม่น้ำหรือปากอ่าว เมื่อน้ำลงมวลน้ำจะไหลออกจากอ่างเก็บน้ำ การไหลเข้าออกของน้ำต้องควบคุมให้ไหลผ่านกังหันน้ำที่ต่อเชื่อมกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เมื่อกังหันน้ำหมุนก็จะได้ไฟฟ้าออกมา

02 พลังงานคลื่น

เป็นการเก็บเกี่ยวเอาพลังงานที่ลมถ่ายทอดให้กับผิวน้ำในมหาสมุทร เกิดเป็นคลื่นวิ่งเข้าสู่ชายฝั่งและเกาะแก่งต่างๆ เครื่องผลิตไฟฟ้าพลังงานคลื่นจะถูกออกแบบให้ลอยตัวอยู่บนผิวน้ำหันเข้าหาคลื่น การใช้คลื่นเพื่อผลิตไฟฟ้านั้นจะได้ผลก็ต่อเมื่ออยู่ในโซนที่มียอดคลื่นเฉลี่ยอยู่ที่ 8 เมตรขึ้นไป และบริเวณนั้นต้องมีแรงลมด้วย

Wave Roller ทุ่นลอยน้ำไฮโดรลิค ยอดคลื่นจะทำให้ลูกลอยขยับขึ้นลง ทำให้เกิดพลังงานไฟฟ้า ประเทศโปรตุเกส ภาพโดย AW-ENERGY OY

03 พลังงานน้ำตก

การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานน้ำตก ทำได้โดยอาศัยพลังงานของน้ำตกตามธรรมชาติ หรือน้ำตกที่เกิดจากการดัดแปลงสภาพธรรมชาติ เช่น น้ำตกจากทะเลสาบบนเทือกเขา หรือน้ำตกที่เกิดจากการสร้างเขื่อนกั้นน้ำ โดยการกำเนิดไฟฟ้าจะมีกำลังมากน้อยขึ้นอยู่กับความสูงของน้ำและอัตราการไหลของน้ำที่ปล่อยลงมา

ดังนั้นการผลิตพลังงานน้ำประเภทนี้จำเป็นต้องมีบริเวณที่เหมาะสมและการสร้างเขื่อนนั้นจะต้องลงทุนอย่างมาก อย่างไรก็ตามจากการสำรวจคาดว่าทั่วโลกสามารถผลิตกำลังไฟฟ้าจากพลังงานน้ำมากกว่าพลังงานทดแทนประเภทอื่น

พลังงานน้ำ, เขื่อน
มวลน้ำถูกปล่อยที่ความสูง 400 ฟุต ของเขื่อนดีทรอยต์ รัฐออริกอน สหรัฐฯ ซึ่งตั้งอยู่ท่ามกลางอากาศหนาวเหน็บ บริเวณเชิงเขา ภาพโดย DAN MEYERS/UNSPLASH

ความกังวลที่ยังคงอยู่ของพลังงานน้ำ

พลังงานน้ำยังมีความไม่แน่นอนเกิดขึ้น เช่น หน้าแล้งหรือกรณีที่ฝนไม่ตกต้องตามฤดูกาล อีกทั้งการพัฒนาแหล่งพลังงานน้ำต้องใช้เงินลงทุนสูง และยังทำให้เสียพื้นที่ของป่าไปบางส่วน

ไฟฟ้าพลังงานน้ำส่วนใหญ่มาจากการสร้างเขื่อน สิ่งก่อสร้างขนาดใหญ่นี้ย่อมส่งผลต่อพื้นที่ทางธรรมชาติ มนุษย์จำเป็นต้องพิจารณาในบริบทว่าเขื่อนดังกล่าวก่อสร้างอย่างไร มีผลกระทบต่อระบบนิเวศน์มากน้อยเพียงใด และมีการพูดคุยกับชุมชนเพื่อหาทางออกร่วมกัน อีกทั้งต้องคำนึงถึงเขื่อนต่าง ๆ ที่อยู่เหนือลำน้ำเดียวกันอีกด้วย

การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานน้ำของไทย

โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำที่เราเห็นเป็นภาพของเขื่อนต่าง ๆ ไม่ใช่ทุกแห่งจะมีวิธีการผลิตไฟฟ้าเหมือนกันทั้งหมด โรงไฟฟ้าพลังน้ำที่ติดตั้งอยู่ตามเขื่อนต่างๆ ในประเทศไทยนั้น แบ่งออกได้เป็น 3 ประเภท

01 โรงไฟฟ้าพลังน้ำจากอ่างเก็บน้ำ (Conventional)

โรงไฟฟ้าประเภทนี้เป็นโรงไฟฟ้าที่พบเห็นกันอย่างแพร่หลายมากที่สุด โดยมีหลักการทำงานคือ กักเก็บน้ำที่อ่างเก็บน้ำของเขื่อน และเมื่อมีความต้องการไฟฟ้าเกิดขึ้นก็จะปล่อยน้ำจากอ่างเก็บน้ำผ่านเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โรงไฟฟ้าประเภทนี้เน้นการชลประทานเป็นหลัก ขณะที่การผลิตไฟฟ้าเป็นจุดประสงค์รอง ในประเทศไทยพบได้หลายแห่ง เช่น เขื่อนภูมิพล จังหวัดตาก เขื่อนสิริกิต์ จังหวัดอุตรดิตถ์ และเขื่อนวชิราลงกรณ จังหวัดกาญจนบุรี

พลังงานน้ำ, เขื่อน
เขื่อนภูมิพล จังหวัดตาก ภาพจาก การท่องเที่ยวแห่งประเทศไทย

02 โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบน้ำไหลผ่านตลอดปี (Run-of-the-river)

โรงไฟฟ้าประเภทนี้ไม่ได้มีการกักเก็บน้ำไว้ทางต้นน้ำ แต่ปล่อยให้น้ำไหลผ่านเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ดังนั้นเมื่อน้ำไหลผ่านก็จะผลิตไฟฟ้าได้ทันที ซึ่งหากมีปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้มากเกินไปก็จะไม่สามารถกักเก็บไว้ได้ เช่น เขื่อนปากมูล จังหวัดอุบลราชธานี

03 โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับ (Pumped-Storage)

การผลิตไฟฟ้าด้วยพลังน้ำประเภทนี้เปรียบเสมือนได้กับเป็นแบตเตอรี่พลังน้ำ โดยหลักการการผลิตไฟฟ้านั้นเหมือนกับโรงไฟฟ้าจากอ่างเก็บน้ำ ทว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าประเภทนี้จะสามารถสูบน้ำกลับขึ้นไปที่อ่างเก็บน้ำด้านบนได้ เพื่อปล่อยน้ำลงมาผลิตไฟฟ้าอีกครั้ง เกิดการวนของมวลน้ำแบบนี้เรื่อยไป เช่น โรงไฟฟ้าลำตะคองชลภาวัฒนา จังหวัดนครราชสีมา

พลังงานน้ำ, เขื่อน
น้ำตกไนแอการา บนพรมแดนระหว่างประเทศแคนาดาและสหรัฐอเมริกา ภาพโดย EDWARD KOOREY/UNSPLASH

อย่างไรก็ตาม แม่น้ำขนาดใหญ่ที่มีความคดโค้งตามธรรมชาติเป็นส่วนสนับสนุนระบบนิเวศ ซึ่งส่งผลต่อความอุดมสมบูรณ์ของสัตว์ป่าและภูมิทัศน์แวดล้อม มีจำนวนลดน้อยลงอย่างมาก ปัจจุบันทั่วโลกหลงเหลือแม่น้ำที่ไหลอย่างอิสระและมีความยาวเกิน 1 พันกิโลเมตร เพียงร้อยละ 37 เท่านั้น

เนื่องจากตลอดหลายศตวรรษที่ผ่านมา แม่น้ำเหล่านี้ถูกสร้างเขื่อนแหล่งกักเก็บน้ำและสาธารณูปโภคพื้นฐานต่าง ๆ เพื่อความยั่งยืนของทรัพยากรธรรมชาติและระบบนิเวศ มนุษย์จำเป็นต้องสร้างความสมดุลระหว่างหาประโยชน์จากพลังมหาศาลของสายน้ำ และปล่อยให้หลั่งไหลไปตามธรรมชาติ เพื่อให้โครงสร้างสิ่งแวดล้อมยังคงอุดมสมบูรณ์ต่อไปเท่านาน

สืบค้นและเรียบเรียง ปาณิสรา สันติมิตร
(โครงการสหกิจศึกษากองบรรณาธิการเนชั่นแนล จีโอกราฟฟิก ฉบับภาษาไทย)

ข้อมูลอ้างอิง


เรื่องอื่น ๆ ที่น่าสนใจ : เมื่ออิสรภาพของ แม่น้ำ ส่งผลโดยตรงต่อความอุดมสมบูรณ์ของระบบนิเวศและผู้คน

เรื่องแนะนำ

เมื่อพายุมาทุกคนวิ่งหนี แต่พวกเขาพุ่งเข้าใส่เพื่อการวิจัย

หากต้องการตรวจสอบการทำงานของพายุ อย่างเฮอริเคนเออร์มาหรือเฮอริเคนฮาร์วีย์ บรรดานักล่าพายุเหล่านี้จำเป็นต้องพุ่งเข้าใส่ยังตาพายุ พวกเขาขับเครื่องบินฝ่าลมฝนอันเกรี้ยวกราด ซึ่งในบางครั้งมาพร้อมกับสายฟ้ารุนแรงและลูกเห็บ คลิปวิดีโอที่จะได้ชมนี้เป็นการทำงานของทีมนักล่าพายุโดย National Oceanic และ Atmospheric Administration ที่ทำการเก็บข้อมูลของพายุเฮอริเคนเออมาร์ พายุระดับ 5 หรือระดับที่มีความรุนแรงที่สุด ด้วยเกณฑ์ในการจำแนกกำลังลมที่มากกว่า 252 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ซึ่งความรุนแรงของพายุเออร์มานั้นมีกำลังลมสูงถึง 297 กิโลเมตรต่อชั่วโมงเลยทีเดียว กัปตันผู้ขับเครื่องบินตัดสินใจมุ่งหน้าสู่ใจกลางพายุ เมื่อวันที่ 3 กันยายนที่ผ่านมา พวกเขาเสี่ยงชีวิตเพื่อให้ได้มาซึ่งข้อมูลของความกดอากาศ, อุณหภูมิ, ความเร็วลม และทิศทาง ซึ่งข้อมูลทั้งหมดนี้ถูกเก็บโดยอุปกรณ์ที่เรียกว่า “Dropsondes” ตัวอุปกรณ์จะถูกปล่อยลงมาจากเครื่องบิน ซึ่งในการสำรวจเฮอริเคนเออร์มาล่าสุด พวกเขาปล่อย Dropsondes ไปจำนวนรวม 30 อัน ทั้งนี้เฮอริเคนเออร์มาจะมุ่งหน้าต่อไปยังทะเลแคริบเบียน โดยพายุเฮอริเคนลูกนี้นับได้ว่าเป็นเฮอริเคนลูกใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีมาในมหาสมุทรแอตแลนติก   อ่านเพิ่มเติม :  ระบบสุริยะจักรวาลกว้างใหญ่แค่ไหน? ชายคนนี้จะมาจำลองให้ดู, ชมแผ่นน้ำแข็งทรงกลมค่อยๆ หมุนอยู่บนผิวน้ำ

ยางพารา : พืชเศรษฐกิจหรือหายนะระบบนิเวศ

ยางพารา : พืชเศรษฐกิจหรือหายนะระบบนิเวศ อากาศวันนั้นแจ่มใส ภาคเหนือของประเทศไทยดูมีชีวิตชีวาอยู่กลางแสงอาทิตย์เดือนพฤษภาคม ชายหนุ่มจึงขับรถปิกอัปคันใหม่เอี่ยมลุยลงไปในลำธารที่ไหลผ่านหมู่บ้านทุ่งนาน้อยของเขา ฝูงวัวกับชาวบ้านเดินผ่านไปขณะที่เขายืนอยู่ในน้ำ หนุ่มวัย 21 ปีกับรถคันโก้ที่เขาล้างและขัดสีฉวีวรรณจนเงาวับ ก่อนหน้านี้ไม่นาน โอกาสที่ใครสักคนอย่างปิยวุฒิ อนุรักษ์บรรพต หรือที่เพื่อนๆเรียกว่า “ชิน” จะมีรถปิกอัปคันงามในวัยหนุ่มเช่นนี้แทบจะเป็นไปไม่ได้ ชาวบ้านในหมู่บ้านห่างไกลอย่างทุ่งนาน้อยนั้นยากจน แต่ไม่นานมานี้ครอบครัวอย่างบ้านของชินร่ำรวยขึ้นมาก  เหตุผลเห็นได้จากเนินเขาด้านหลังของเขา ย้อนหลังไปเพียงสิบปีก่อน เนินเหล่านี้ปกคลุมไปด้วยป่าดิบชื้นรกชัฏ  มีพืชพรรณพื้นเมืองขึ้นรกเรื้อแน่นขนัด ทว่าปัจจุบัน ลาดเขาส่วนใหญ่ถูกแผ้วถางจนเตียนโล่งแล้วปลูกพืชชนิดเดียวคือยางพารา  คืนแล้วคืนเล่าที่ครอบครัวของชินกับอีกหลายหมื่นครอบครัวในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้เข้าสวนไปกรีดและรองน้ำยางในลักษณะเดียวกับการรองน้ำหวานจากต้นเมเปิล น้ำยางข้นสีขาวที่หยดลงสู่ถ้วยรองจะผ่านการทำให้แข็งตัว  รีดเป็นแผ่น แล้วขนส่งไปยังโรงงาน เพื่อเข้าสู่กระบวนการผลิตเป็นแหวนยางรูปวงกลม สายพาน แผ่นปะเก็น ฉนวน และยางรถยนต์จำนวนมหาศาล น้ำยางที่รวบรวมได้ราวสามในสี่ของโลกใช้ผลิตยางสำหรับรถยนต์ รถบรรทุก และเครื่องบินรวมแล้วปีละเกือบสองพันล้านเส้น ยางมีบทบาทสำคัญอย่างเงียบๆในประวัติศาสตร์การเมืองและสิ่งแวดล้อมของโลกมากว่า 150 ปีแล้ว ถ้าคุณอยากให้มีการปฏิวัติอุตสาหกรรมก็ต้องมีวัตถุดิบสามชนิด ได้แก่เหล็กเพื่อทำส่วนที่เป็นเหล็กกล้าของเครื่องจักร เชื้อเพลิงฟอสซิลเพื่อให้พลังงานขับเคลื่อนเครื่องจักรเหล่านั้น และยางเพื่อเชื่อมต่อและปกป้องชิ้นส่วนที่มีการเคลื่อนไหว เมื่อนึกถึงยาง คนส่วนใหญ่มักนึกภาพผลิตภัณฑ์จากสารเคมีสังเคราะห์ ความจริงแล้ว ยางในโลกกว่าร้อยละ 40 มาจากต้นไม้ซึ่งเกือบทั้งหมดเป็นต้นยางพารา ทุกวันนี้ ยางพาราแทบจะปลูกกันในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้เพียงแห่งเดียว เนื่องจากภูมิภาคนี้มีทั้งสภาพภูมิอากาศที่เอื้ออำนวยและโครงสร้างพื้นฐานประกอบกันซึ่งไม่ปรากฏในภูมิภาคอื่นๆ แม้ว่าสภาพเศรษฐกิจโลกจะผันผวน แต่ความต้องการยางรถยนต์ยังเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ทำให้เกิดสภาพคล้ายกระแสตื่นทองในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ […]

10 ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับเฮอร์ริเคน-ไต้ฝุ่น

ทราบหรือไม่ว่าทั้งไต้ฝุ่นและเฮอร์ริเคนคือชื่อเรียกของ "พายุหมุนเขตร้อน" เหมือนกัน ทั้งยังมีชื่อเรียกอื่นอีก มาทำความเข้าใจเกี่ยวกับเรื่องราวของพายุหมุนเขตร้อนนี้ให้มากขึ้นกัน

ประวัติศาสตร์ย่อของหลอดพลาสติก

คนเราใช้หลอดกันมาเป็นพันปีจากวัสดุธรรมชาติ และหลอดธรรมชาติเหล่านี้ไม่เคยก่อปัญหาทางสิ่งแวดล้อม จนกระทั่งวัสดุอย่างพลาสติกถือกำเนิดขึ้น...