ไฟฟ าพลังน้ําkromchol.rid.go.th/person/train/km/hydropower_01.pdf ·...

1

ไฟฟาพลังน้ํา

พลังงานน้ําเปนพลังงานตามธรรมชาติอีกประเภทหนึ่งที่มนุษยใชประโยชนมานาน เชน กังหันน้ําแตเปนการใชประโยชนที่จํากัด จนกระทั่งประมาณปลายศตวรรษที่ 19 ตอกับศตวรรษที่ 20 นี่เอง ที่พลังน้ําถูกนํามาใชประโยชนอยางเปนรูปธรรมและสรางผลกระทบตอชีวิตสมัยใหม นั่นคือนําพลังงานน้ํามาผลิตไฟฟา โรงไฟฟาเชิงการคาโรงแรกของโลกเปนโรงไฟฟาพลังน้ํา สรางขึ้นที่น้ําตกไนแองการา สหรัฐอเมริกา การผลิตไฟฟาทําโดยการเปลี่ยนพลังงานที่สะสมอยูในรูปพลังงานศักยมาเปนพลังงานกล และพลังงานไฟฟาตามลําดับ โดยกําหนดเสนทางใหน้ําจากที่สูงไหลลงผานเทอรไบนที่ตั้งอยูดานลางของน้ําตกเพื่อหมุนเทอรไบนไดพลังงานกล สงตอไปหมุนเครื่องกําเนิดไฟฟา การสรางเขื่อนขนาดใหญไดรับความนิยมในชวงตนศตวรรษและตอมาถึงชวงกลางศตวรรษที่ยี่สิบอยางมาก เขื่อนขนาดใหญอาทิ เชน เขื่อนฮูเวอร เขื่อนNew Cornelia Tailingsในอเมริกา เขื่อน Gardiner ในแคนาดา เปนตน สําหรับประเทศไทยก็มีเขื่อนเกิดขึ้นมากในชวง 40 ปที่ผานมา เชน เขื่อนภูมิพล เขื่อนเจาพระยา เขื่อนสิริกิตติ์ เขื่อนศรีนครินทร เปนตน ถึงปจจุบันยังมีประเทศที่มีแผนการสรางเขื่อนขนาดใหญเพื่อการผลิตไฟฟาอยู เชน จีน แคนาดา และอาเจนตินา เปนตน พลังน้ําจัดเปนพลังงานหมุนเวียน แตเนื่องจากการสรางเขื่อนตองใชพื้นที่มากเพื่อการกักเก็บน้ํา ซ่ึงพื้นที่ตนน้ําดังกลาวมักเปนพื้นที่ปาที่มีความอุดมสมบูรณ ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงพื้นที่ดังกลาวมาเปนพื้นที่กักเก็บน้ํากอใหเกิดการเปลี่ยนแปลงตอระบบนิเวศและที่อยูอาศัยของส่ิงมีชีวิตในบริเวณดังกลาวอยางมาก จึงทําใหในระยะหลังการสรางเขื่อนขนาดใหญจะตองทําการศึกษาผลกระทบสิ่งแวดลอมอยางรอบคอบเนื่องจากเขื่อนใหญสามารถสรางความเสียหายใหกับระบบนิเวศ และสิ่งแวดลอมไดอยางมากเชนกัน ดังนั้น แนวโนมการใชประโยชนจากพลังน้ําในปจจุบันจึงเบนเข็มออกจากการสรางเขื่อนขนาดใหญ มาเปนการสรางเขื่อนขนาดเล็ก การติดตั้งไมโครเทอรไบน (เทอรไบนขนาดเล็กกําลังผลิตไฟฟา <0.1 MW) ตามแหลงน้ําไหลตางๆ ที่มีศักยภาพ เพื่อนําพลังงานไฟฟาที่ผลิตไดจากอุปกรณในแหลงน้ํายอยๆ เหลานี้มาใชประโยชนแทน

การผลิตไฟฟาพลังน้ํา การผลิตไฟฟาจากพลังน้ําทําไดโดยอาศัยพลพลังงานจลนของน้ําตก น้ําตกอาจเกิดจากธรรมชาติ หรือเกิดจากการดัดแปลงสภาพธรรมชาติ การสรางโรงไฟฟาพลังน้ําเกิดจากการสรางเขื่อนกั้นแหลงน้ํา และใหน้ําตกไหลผานกังหันซึ่งจะไปหมุนเครื่องกําเนิดไฟฟา

2

ศักยภาพของแหลงพลังน้ํา ในแตละประเทศมีแหลงน้ําที่จะพัฒนาใหเปนแหลงผลิตไฟฟาพลังน้ําแตกตางกันออกไป หลายประเทศมีแหลงน้ําที่มีศักยภาพสูงที่สามารถจะพัฒนาใชผลิตไฟฟา แตไดมีการนํามาใชประโยชนเพียงสวนนอย ประเทศเหลานั้นมักจะเปนประเทศที่กําลังพัฒนา สําหรับประเทศที่พัฒนาแลวปรากฏวาไดใชประโยชนในการผลิตไฟฟาไปแลวมากกวารอยละ 50 ของศักยภาพที่มีเชน ประเทศออสเตรเลีย ญ่ีปุน และนิวซีแลนด

ขอดี ขอเสีย ของการใชพลังน้ํา ขอดีของการใชพลังน้ํา

ก. น้ํามีการเคลื่อนไหลหมุนเวียนเปนวัฎจักรอยูแลว เมื่อเราใชพลังงานของน้ําสวนหนึ่งไปแลว น้ําสวนนั้นก็จะไหลลงสูทะเลตอไปได จะหมุนเวียนมาทดแทนทําใหเราสามารถใชพลังงานจากน้ําไดตลอดไปไมรูจักหมดสิ้น

ข. ถาเดิมน้ํามีคุณภาพดีอยูแลว เมื่อผานกังหันน้ําไปแลวคุณภาพก็ยังคงเดิมสามารถนําไปใชใหเกิดประโยชนตามวัตถุประสงคอ่ืนไดอีก เชนเอาไปใชเปนน้ําเพื่อการชลประทาน น้ําเพื่อการอุปโภคบริโภค เปนตน นอกจากนี้การที่ตองกั้นเขื่อนเพื่อทดน้ําใหสูงขึ้น และกักเก็บน้ําไวใชในชวงที่ไมมีฝนตก หรือชวงฤดูแลง เราจะไดแหลงน้ําขนาดใหญสามารถใชเล้ียงปลาหรือสัตวบก สัตวน้ําอื่น ๆ หรือใชเปนที่พักผอนหยอนใจ

ค.ในระบบรวมของการผลิตไฟฟานั้น เราจะพบวามีเครื่องกําเนิดไฟฟาจากพลังน้ําจะทําใหผูผลิตสามารถผลิตไฟฟา ออกมาไดใกลเคียงกับปริมาณการใชเกือบตลอดเวลา

ง. เครื่องกลพลังน้ําสวนใหญแลวมีประสิทธิภาพสูงมาก จ. เครื่องกลพลังน้ําสวนใหญแลวมีขนาดใหญ ถาบํารุงรักษาใหดีจะอายุใชงานไดหลายสิบ

ป ขอเสียของการพัฒนาพลังน้ํา ก.เมื่อจะตองพัฒนาแหลงพลังน้ํา ก็ตองเลือกลักษณะภูมิประเทศที่เหมาะสม ข.การบํารุงรักษาสิ่งที่กอสรางขึ้นมา เพื่อพัฒนาทําไดยากเพราะสถานที่ตั้งอยูหางจากแหลง

ชุมชน การเขาไปซอมแซมไมสะดวก ค.หาคนไปควบคุมการทํางานของเครื่องกลพลังน้ําไดยาก

แหลงพลังน้ํา ขนาดใหญของประเทศไทย เครื่องกลพลังน้ําเปนเครื่องกลที่มีความสามารถพิเศษ สามารถเริ่มดําเนินการผลิตพลังงานไดในเวลารวดเร็ว และสามารถควบคุมใหผลิตกําลังงานออกมา ไดใกลเคียงกับความตองการใชพลังงานไดตลอดเวลานอกจากนี้แลวพลังน้ํายังเปนพลังงาน ที่สามารถใชตอเนื่องไดไมมีที่ส้ินสุดดังนั้นประเทศไทยจึงรีบเรงพัฒนาแหลงพลังน้ําขนาดใหญอยางรวดเร็ว แหลงพลังน้ําขนาดใหญที่

3

พัฒนาขึ้นใชแหงแรก พ.ศ. 2507 ที่เขื่อนภูมิพล จ.ตาก นอกจากแหลงพลังน้ําขนาดใหญแลวก็ยังมีแหลงพลังน้ําขนาดกลาง และขนาดเล็กกระจาอยูทั่วไปในประเทศ โดยเฉพาะในบริเวณที่พื้นที่เปนภูเขามีลําน้ําไหลผานมาตามหุบเขา

ประเภทของโรงไฟฟา โรงไฟฟาพลังน้ํา เปนแหลงผลิตไฟฟาที่สําคัญอีกชนิดหนึ่งของประเทศไทย โรงไฟฟา

ชนิดนี้ใชน้ําในลําน้ําธรรมชาติเปนพลังงานในการเดินเครื่อง โดยวธีิสรางเขื่อนปดกั้นแมน้ําไว เปนอางเก็บน้ํา ใหมีระดับอยูในที่สูงจนมีปริมาณน้ํา และแรงดันเพยีงพอทีจ่ะนํามาหมุนเครื่องกังหันน้ําและเครื่องกําเนิดไฟฟาซึ่งอยูในโรงไฟฟาทายน้ําที่มีระดบัต่ํากวาได กําลังผลิตติดตั้งและพลังงานไฟฟาที่ผลิตไดจากโรงไฟฟาชนิดนี ้จะเพิม่เปนสัดสวนโดยตรงกับแรงดันและปริมาณน้ําที่ไหลผานเครื่องกังหันน้าํ โรงไฟฟาพลังน้ําแบงตามลักษณะการบงัคับน้ําเพื่อผลิตไฟฟาได 4 แบบ คือ

1. โรงไฟฟาแบบมีน้ําไหลผานตลอดป(Run-of-river Hydro Plant) โรงไฟฟาแบบนี้ไมมีอางเก็บน้ํา โรงไฟฟาจะผลติไฟฟาโดยการใชน้ําที่ไหลตามธรรมชาติของลําน้ํา หากน้ํามีปริมาณมากเกินไปกวาที่โรงไฟฟาจะรับไวไดก็ตองทิ้งไป สวนใหญโรงไฟฟาแบบนี้จะอาศัยติดตั้งอยูกบัเขื่อนผันน้ําชลประทานซึ่งมีน้ําไหลผานตลอดปจากการกําหนดกําลังผลิตติดตั้งมักจะคิดจากอัตราการไหลของน้าํประจําปชวงต่ําสดุ เพื่อที่จะสามารถเดินเครื่องผลิตไฟฟาไดอยางสม่าํเสมอตลอดทั้งป ตัวอยางของโรงไฟฟาชนิดนี้ไดแก โรงไฟฟาที่ กฟผ.กําลังศึกษาเพื่อกอสรางที่เขื่อนผันน้ําเจาพระยา จังหวัดชยันาท และเขื่อนผันน้ําวชิราลงกรณ จังหวดักาญจนบุรี

2. โรงไฟฟาแบบมีอางเก็บน้าํขนาดเล็ก (Regulating Pond Hydro Plant) โรงไฟฟาแบบมีอางเก็บน้ําขนาดเล็กที่สามารถบังคับการไหลของน้ําไดในชวงสั้นๆ เชน ประจําวนั หรือประจาํสัปดาห การผลิตไฟฟาจะสามารถควบคุมใหสอดคลองกับความตองการไดดกีวาโรงไฟฟาแบบ (Run-of-river) แตอยูในชวงเวลาที่จํากดัตามขนาดของอางเก็บน้ํา ตัวอยางของโรงไฟฟาประเภทนี้ไดแก โรงไฟฟาเขื่อนทาทุงนา จังหวัดกาญจนบุรี และโรงไฟฟาขนาดเล็กบานสันติจงัหวัดยะลา

3. โรงไฟฟาแบบมีอางเก็บน้าํขนาดใหญ (Reservoir Hydro Plant) โรงไฟฟาแบบนีม้ีเขื่อนกั้นน้ําขนาดใหญและสูงกั้นขวางลําน้ําไว ทําใหเกดิเปนทะเลสาบใหญ ซ่ึงสามารถเก็บกักน้ําในฤดูฝนและนําไปใชในฤดูแลงได โรงไฟฟาแบบนี้นับวามีประโยชนมาก เพราะสามารถควบคุมการใชน้ําในการผลิตกระแสไฟฟา เสริมในชวงที่มีความตองการใชไฟฟาสูงไดอยางมีประสิทธิภาพสูงตลอดป โรงไฟฟาพลังน้ําขนาดใหญสวนมากในประเทศไทยจดัอยูในโรงไฟฟาประเภทนี ้

4. โรงไฟฟาแบบสูบน้ํากลับ ( Pumped Storage Hydro Plant) โรงไฟฟาแบบนี้มีเครือ่งสูบน้ําที่สามารถสูบน้ําที่ปลอยจากอางเก็บน้ําลงมาแลว นํากลับขึ้นไป เก็บไวในอางเกบ็น้ําเพื่อใชผลิตกระแสไฟฟาไดอีก ประโยชนของโรงไฟฟาชนิดนีเ้กิดจากการแปลงพลังงานที่เหลือใชในชวงที่มีความตองการใชไฟฟาต่ํา เชน เวลาเที่ยงคืนนําไปสะสมไวในรูปของการเก็บน้ําในอางน้ําเพื่อทีจ่ะ

4

สามารถใชผลิตกระแสไฟฟาไดอีกครั้งหนึง่ในชวงที่มีความตองการใชไฟฟาสูง เชน เวลาหวัคํ่า ตัวอยางของโรงไฟฟาแบบนี้ ไดแก โรงไฟฟาเขื่อนศรีนครินทรไดหนวยที่ 4 ซ่ึงสามารถ สูบน้ํากลับขึ้น ไปเก็บไวในอางเก็บน้ําเขื่อนศรีนครินทรได

การพัฒนาไฟฟาพลังน้ําขนาดเล็กในประเทศจีน ประเทศจีนปจจุบันมีโรงไฟฟาขนาดเล็ก 42,221 สถานี กําลังการผลิตรวม 28,489 MW สามารถผลิตกระแสไฟฟาได 94.7 พันลาน กิโลวัตตช่ัวโมง ตอป (ขอมูลป 2545) สามารถสงกระแสไฟฟาใหกับผูใชมากกวา 300 ลานคน ใน 1501 เมือง (จํานวนเมืองทั้งหมด 2,300 เมือง) หรือคิดเปน 39 % ของกําลังการผลิตไฟฟาพลังน้ําขนาดเล็กของโลก

เทคโนโลยีเคร่ืองกังหันน้าํ (TURBINE) โดยทั่วไปเครื่องกังหันน้ํา (Turbine) จะม ี 3 แบบ คือ แบบคาปลาน แบบฟรานซสิ และแบบเพลตัน ซ่ึงแตละชนดิจะมีรูปรางของกังหันน้ําทีแ่ตกตางกันตามรูป

กังหันน้ําแบบคาปลานจะนยิมใชในชวง Head 2-30 ม. โดยจะมีแกนหมุนเครื่องกําเนิดไฟฟาอยูในแนวตั้ง ในขณะทีก่ังหันน้ําแบบฟรานซิสจะนยิมใชในชวง Head 20-300 ม. และกังหันน้ําแบบเพลตันจะนิยมใชในชวง Head 100-1,000 ม. และน้ําจะไหลเขาสูกังหันโดยใชแรงดันผานหัวฉดี จึงใช

5

อัตราการไหลที่ต่ํา นอกจากนั้นยังมกีารพฒันากังหนัน้ําแบบตางๆอีก เชน แบบเทอบูรา (Tubular Turbine) ใชสําหรับชวง Head 2-30 ม. มีลักษณะใบพัดคลายแบบคาปลาน แตแกนหมนุเครื่องกําเนิดไฟฟาจะอยูในแนวนอน

กังหันน้ําแบบเทอบูรา (ประเทศจีน)

นอกจากนั้นยงัมีการพัฒนากังหันน้ําเพื่อส่ิงแวดลอมโดยคํานึงถึงปลาสามารถผานไดอยางปลอดภยั Updraft Flow Hydro Turbine ตามรูป และยังมกีารพัฒนากังหนัน้ําขนาดเล็กตามภมูิปญญาทองถ่ิน ใหสามารถใชไดตามสภาพภูมิประเทศ เชน กังหนัน้ําติดตั้งในแมน้ําทีป่ระเทศบราซิล อีกดวย

6

Updraft Flow Hydro Turbine

7

Updraft Flow Hydro Turbine

รูปแบบกังหนัน้ําขนาดเล็กตามภูมิปญญาทองถิ่น

8

การพัฒนากงัหันน้ําขนาดเลก็สําหรับติดตัง้ในแมน้ําในประเทศบราซิล

เขื่อน GUAN HU TAI เขื่อน GUAN HU TAI เปนเขื่อนคอนกรีตโคง (คลายเขื่อนภูมิพล) พืน้ที่รับน้ํา 580 ตร.กม. เขื่อนสูง 105 ม. ออกแบบใหรับน้ํานองไดในรอบ 1,000 ป ทางระบายน้ําลนสามารถระบายน้ําได 17.8 ลาน ลบ.ม. ติดตั้งกังหนัน้ําเพื่อผลิตกระแสไฟฟาแบบคาปลาน จํานวน 9 เครื่อง กําลังการผลิตรวม 81 เมกะวตัต ภายในอางเก็บน้ํามีการเลี้ยงปลาในกระชัง และธุรกิจทองเที่ยว 1,000 ISLANDS LAKE เปนการนําสภาพภูมทิัศนเกาะที่โผลพนน้ําในพื้นที่อางฯมาเปนแหลงทองเที่ยว

9

ทางระบายน้าํลนเขื่อน GUAN HU TAI

10

แบบจําลองเขือ่น GUAN HU TAI

เขื่อน GUAN HU TAI ดานเหนือน้ํา บานระบายน้ําแบบตรงบนทางระบายน้ําลน

11

บริเวณดานทายน้ําของเขื่อน GUAN HU TAI

ภาพทิวทัศน 1,000 ISLANDS LAKE ในอางเก็บน้ํา

12

การเลี้ยงปลาในกระชัง ภายในอางเก็บน้ํา

การเลี้ยงปลาในกระชัง ภายในอางเก็บน้ํา