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

วัชรบูล ลี้สุวรรณ การเดินทางถ่ายรูปสัตว์ป่าหายาก จนต่อยอดถึงงานอนุรักษ์ป่าตะวันตกของไทย

บทสนทนากับ โน๊ต วัชรบูล ลี้สุวรรณ ถึงความรักในการถ่ายภาพสัตว์ป่าและการทำงานอนุรักษ์ธรรมชาติร่วมกับมูลนิธิสืบนาคะเสถียร ในปัจจุบัน เมื่อกล่าวถึงชายหนุ่มชื่อ โน๊ต วัชรบูล ลี้สุวรรณ เรานึกถึงนักแสดงชายที่โลดแล่นอยู่ในวงการบันเทิงมาเกือบ 20 ปี เราคุ้นหน้าเขาจากละครหลายเรื่อง เพราะฝีมือการแสดงทำให้ใครหลายคนชื่นชอบและจดจำเขาได้ ในช่วงไม่กี่ปีมานี้ เราเริ่มเห็นการทำงานของโน๊ตผ่านอีกบทบาทหนึ่ง นั่นคือผลงานชุดภาพถ่ายสัตว์ป่าจากผืนป่าของเมืองไทย โดยเฉพาะชุดภาพถ่ายสัตว์ป่าที่ห้วยขาแข้ง สื่อมากมายเอ่ยถึงเขาในมุมมองของการเป็นคนสมัยใหม่ที่รักธรรมชาติและสัตว์ป่า โน๊ตรักการถ่ายภาพสัตว์ป่าเป็นชีวิตจิตใจ เราอยากรู้จักเขามากขึ้น ผ่านบทสนทนาท่ามกลางเสียงฝนในเมืองใหญ่โต๊ะกาแฟเล็กๆ ที่ The Yard Hostel Bangkok อวลไปด้วยเรื่องเล่าเกี่ยวกับแพชชั่นของโน๊ต ว่าทำไมเขาถึงรักการถ่ายภาพสัตว์ป่าได้ขนาดนี้ ซึ่งความหลงใหลนี้เองก็ทำให้เขาได้ทำงานเกี่ยวกับการอนุรักษ์ธรรมชาติร่วมกับมูลนิธิสืบนาคะเสถียร ในปัจจุบัน  ใครๆ ก็รู้ว่าโน๊ตรักการเข้าป่าไปอยู่กับธรรมชาติมาก ตอนนี้เราเรียกคุณว่าเป็นนักเดินทางได้แล้วยัง เราคือคนธรรมดาๆ คนหนึ่งแหละ ที่ไม่ได้คิดว่าตัวเองเป็นนักเดินทาง หรือว่านักผจญภัยอะไร แต่ว่าเรามีแพชชั่นเรื่องสัตว์ป่า ธรรมชาติ อยากใช้ชีวิตเอาท์ดอร์ ซึ่งสนใจมาตั้งแต่เด็ก แล้วก็ไม่ยอมให้อะไรมาทำให้สิ่งที่ชอบหรือสิ่งที่อยากทำมันไขว้เขว เป็นคนที่ค่อนข้างโชคดี ได้รับโอกาสดีๆ ในชีวิตเยอะ และด้วยความที่ค่อนข้างมีวินัยกับตัวเองพอสมควร เราเลยชอบเก็บข้อมูล อ่านหนังสือ หาข้อมูลเรื่องพวกนี้อยู่ตลอดจนช่วงเวลาที่มันเหมาะสมก็ได้ทำในสิ่งที่ตัวเองชอบจริงๆ แสดงว่าชอบเรื่องสัตว์ป่ามานานแล้ว แล้วเริ่มเดินทางจริงจังตั้งแต่เมื่อไหร่  เราชอบของเราเองตั้งแต่เด็ก โชคดีที่คุณพ่อคุณแม่ไม่ค่อยขัด […]

เหยื่อรายแรกของ สภาพภูมิอากาศเปลี่ยนแปลง เมื่อหนูบนเกาะ Bramble Cay สูญพันธุ์เป็นที่เรียบร้อยแล้ว

ถือเป็นเหยื่อรายแรกในอีกหลากหลายสายพันธุ์ที่ต้องประสบปัญหาสูญพันธุ์จาก สภาพภูมิอากาศเปลี่ยนแปลง ที่เกิดขึ้นโดยน้ำมือของมนุษย์ สำหรับ "หนูหางโมเสก"

ใช้ชีวิตอย่างไรในช่วงน้ำประปาเค็ม

หญิงสาวชาวปากีสถานแบกน้ำดื่มข้ามถนนที่เสียหายในเมือง Baseera ในเดือนสิงหาคม ปี 2010 เมื่อแม่น้ำสินธุเข้าท่วมหลายเมือง ในระยะยาว เส้นทางไหลของน้ำก็ลดน้อยลงไปด้วย ภาพถ่ายโดย AARON FAVILA, AP เมื่อน้ำประปาที่ชาวกรุงเคยบริโภคอย่างปกติสุขกลับมีรสเค็มจนน่ากังวล สาเหตุนี้เกิดจากอะไร เราควรรับมือและใช้น้ำอย่างไรในสถานการณ์นี้ คุณภาพชีวิตชาวกรุงเทพมหานครช่วงเปิดศักราช 2563 มีความย่ำแย่ลงเมื่อต้องพบเจอกับภาวะ “น้ำประปาเค็ม” ซึ่งสร้างความกังวลให้กับชาวเมืองจำนวนมากที่โดยปกติแล้วต้องพึ่งพาน้ำประปาเพื่อการอุปโภคบริโภค สอดคล้องกับที่การประปานครหลวงออกมายอมรับว่า แหล่งน้ำที่นำมาผลิตน้ำประปามีค่าความเค็มเกินมาตรฐานตั้งแต่ช่วงกลางเดือนธันวาคม 2562 ที่ผ่านมา ภัยแล้งยาว น้ำจืดหดหาย น้ำทะเลหนุนสูง สาเหตุทำน้ำประปาเค็ม การประปานครหลวงได้อธิบายถึงสาเหตุของภาวะน้ำประปาเค็มว่า เกิดจากสถานการณ์ภัยแล้งสูงสุดในรอบ 50 ปี ทำให้แหล่งน้ำจืดหดหาย เกิดปรากฏการณ์น้ำทะเลหนุนสูงเข้ามาในระบบการผลิตน้ำประปา โดยเฉพาะในแม่น้ำเจ้าพระยาที่ใช้เป็นแหล่งน้ำดิบเพื่อนำไปผลิตน้ำประปา ทำให้เกิดสถานการณ์นํ้าทะเลซึ่งเป็นน้ำเค็มที่มีมวลและความหนาแน่นมากกว่ารุกเข้ามาในแม่นํ้าเจ้าพระยา โดยเกิดขึ้นตั้งแต่วันที่ 16 ธันวาคม 2562 ทำให้รสชาตินํ้าประปาในพื้นที่ฝั่งตะวันออกของแม่นํ้าเจ้าพระยาเปลี่ยนไป และคาดการณ์ว่าในช่วงเดือนมกราคม – มีนาคม 2563 น้ำทะเลจะหนุนสูงมากเป็นพิเศษ และภัยแล้งที่ส่งผลต่อคุณภาพน้ำประปานี้จะเกิดไปจนถึงปลายเดือนพฤษภาคม 2563 องค์การอนามัยโลก (WHO) ได้กำหนดค่าแนะนำเพื่อความน่าดื่มของน้ำประปาและการยอมรับของผู้บริโภคเอาไว้ โดยกำหนดให้มีโซเดียมในน้ำไม่เกิน 200 มิลลิกรัมต่อลิตร และคลอไรด์ไม่เกิน […]

งานวิจัยเผย ขณะนี้โลกใช้พลังงานฟอสซิลมากเกินกว่าจะลดโลกร้อนได้สำเร็จ

งานวิจัยชิ้นใหม่พบว่า โลกต้องปลดระวางโรงไฟฟ้าและโรงงานถ่านหินจำนวนมาก เพื่อจำกัดการเพิ่มขึ้นเฉลี่ยของอุณหภูมิโลกให้ต่ำกว่า 1.5 องศาเซลเซียส ตามที่ตั้งเป้าไว้ มีงานวิจัยฉบับใหม่ระบุว่า ณ ขณะนี้ โลกของเรามีโรงงานไฟฟ้า โรงงาน ยานพาหนะ และอาคารที่อาศัย พลังงานฟอสซิล อยู่มากมาย ถ้าสถานที่เหล่านี้ยังคงใช้พลังงานฟอสซิลอย่างเช่นทุกวันนี้ไปเรื่อยๆ อุณหภูมิของโลกจะสูงเกินความตกลงปารีส (Paris Agreement) ที่ตั้งเป้าหมายไว้ที่ 1.5 องศาเซลเซียส เพื่อไม่ให้โลกได้รับอันตรายอย่างใหญ่หลวงจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ งานวิจัยฉบับนี้ยังให้แนวทางว่า เพื่อจำกัดการเพิ่มขึ้นเฉลี่ยของอุณหภูมิโลกไว้ที่ 1.5 องศาเซลเซียส ไม่เพียงแต่โลกของเราต้องยุติการสร้างโครงสร้างพื้นฐานใดๆ ที่มีการใช้ พลังงานฟอสซิล เท่านั้น แต่โรงไฟฟ้าที่ใช้พลังงานฟอสซิลที่ดำเนินการอยู่ในขณะนี้จำเป็นต้องปิดลงโดยเร็ว อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันยังมีแผนหรือการดำเนินการก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานฟอสซิลอยู่อีกมากมาย “งานวิจัยของเรานั้นง่ายมาก” สตีเวน ดาวิส จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ไอร์วีน ผู้เขียนร่วมงานวิจัยฉบับนี้ที่เผยแพร่ลงในนิตยสาร Nature กล่าวและเสริมว่า “ เราอยากรู้ว่า จะเกิดอะไรขึ้นถ้าไม่มีการสร้างโรงงานเชื้อเพลิงเผาไหม้ฟอสซิลดังเช่นในช่วงปี 2018 ที่ผ่านมา ” เพื่อตอบคำถามนี้ ดาวิสและผู้ร่วมงานวิจัยได้ตรวจสอบการปล่อยก๊าซของไฟฟ้า, แหล่งพลังงาน, การจราจรขนส่ง, ที่พักอาศัย และโครงสร้างพื้นฐานเชิงพาณิชย์ ของปี […]