เหตุใดพลังงานน้ำจึงเป็นพลังงานสะอาดที่ถูกมองข้ามไปอย่างน่าเสียดาย

พลังงานน้ำเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่ใหญ่ที่สุดในโลก โดยผลิตพลังงานได้มากกว่าพลังงานลมถึงสองเท่า และมากกว่าพลังงานแสงอาทิตย์ถึงสี่เท่า และการสูบน้ำขึ้นเนินเขา หรือที่เรียกว่า "พลังงานน้ำแบบสูบกลับ" นั้น คิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 90% ของความจุในการกักเก็บพลังงานทั้งหมดของโลก
แต่ถึงแม้พลังงานน้ำจะมีผลกระทบอย่างมหาศาล เรากลับไม่ค่อยได้ยินเรื่องนี้มากนักในสหรัฐอเมริกา ในขณะที่ช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา ราคาพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ลดลงอย่างมากและปริมาณการใช้งานเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว การผลิตไฟฟ้าพลังน้ำภายในประเทศกลับคงที่ค่อนข้างคงที่ เนื่องจากประเทศได้สร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำในทำเลที่เหมาะสมที่สุดทางภูมิศาสตร์แล้ว
ในระดับนานาชาติ สถานการณ์แตกต่างออกไป จีนได้กระตุ้นการขยายตัวทางเศรษฐกิจโดยการสร้างเขื่อนไฟฟ้าพลังน้ำขนาดใหญ่หลายพันแห่งในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา แอฟริกา อินเดีย และประเทศอื่นๆ ในเอเชียและแปซิฟิกก็เตรียมที่จะทำเช่นเดียวกัน
แต่การขยายตัวโดยปราศจากการกำกับดูแลด้านสิ่งแวดล้อมอย่างเข้มงวดอาจนำไปสู่ปัญหาได้ เนื่องจากเขื่อนและอ่างเก็บน้ำจะรบกวนระบบนิเวศของแม่น้ำและแหล่งที่อยู่อาศัยโดยรอบ และการศึกษาล่าสุดแสดงให้เห็นว่าอ่างเก็บน้ำสามารถปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และมีเทนได้มากกว่าที่เคยเข้าใจ นอกจากนี้ ภัยแล้งที่เกิดจากสภาพภูมิอากาศกำลังทำให้พลังงานน้ำเป็นแหล่งพลังงานที่เชื่อถือได้น้อยลง เนื่องจากเขื่อนในภาคตะวันตกของสหรัฐอเมริกาได้สูญเสียกำลังการผลิตไฟฟ้าไปเป็นจำนวนมาก
“โดยปกติแล้ว เขื่อนฮูเวอร์จะผลิตพลังงานได้ประมาณ 4.5 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมงต่อปี” มาร์ค คุก ผู้จัดการเขื่อนฮูเวอร์อันโด่งดังกล่าว “แต่ด้วยสภาพของทะเลสาบในปัจจุบัน ทำให้ปริมาณพลังงานที่ผลิตได้ลดลงเหลือประมาณ 3.5 พันล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง”
อย่างไรก็ตาม ผู้เชี่ยวชาญกล่าวว่าพลังงานน้ำมีบทบาทสำคัญอย่างมากในอนาคตที่ใช้พลังงานหมุนเวียน 100% ดังนั้นการเรียนรู้วิธีลดผลกระทบจากความท้าทายเหล่านี้จึงเป็นสิ่งจำเป็น

พลังงานน้ำภายในประเทศ
ในปี 2021 พลังงานน้ำคิดเป็นประมาณ 6% ของการผลิตไฟฟ้าขนาดใหญ่ในสหรัฐอเมริกา และ 32% ของการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียน ในประเทศ พลังงานน้ำเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่ใหญ่ที่สุดจนกระทั่งปี 2019 เมื่อถูกพลังงานลมแซงหน้าไป
คาดว่าสหรัฐฯ จะไม่เห็นการเติบโตของพลังงานน้ำมากนักในทศวรรษหน้า ส่วนหนึ่งเป็นเพราะกระบวนการขอใบอนุญาตและการอนุมัติที่ยุ่งยากซับซ้อน
“กระบวนการขอใบอนุญาตนั้นต้องใช้เงินหลายสิบล้านดอลลาร์และใช้เวลาหลายปี และสำหรับโรงไฟฟ้าพลังน้ำบางแห่ง โดยเฉพาะโรงไฟฟ้าขนาดเล็ก พวกเขาไม่มีเงินหรือเวลามากขนาดนั้น” มัลคอล์ม วูล์ฟ ประธานและซีอีโอของสมาคมพลังน้ำแห่งชาติกล่าว เขาประเมินว่ามีหน่วยงานต่างๆ หลายสิบแห่งที่เกี่ยวข้องกับการออกใบอนุญาตหรือต่ออายุใบอนุญาตให้กับโรงไฟฟ้าพลังน้ำแห่งเดียว กระบวนการนี้ใช้เวลานานกว่าการขอใบอนุญาตโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เสียอีก
เนื่องจากโรงไฟฟ้าพลังน้ำโดยเฉลี่ยในสหรัฐอเมริกามีอายุมากกว่า 60 ปี หลายแห่งจึงจำเป็นต้องต่อใบอนุญาตในเร็วๆ นี้
“ดังนั้น เราอาจเผชิญกับการคืนใบอนุญาตจำนวนมาก ซึ่งเป็นเรื่องที่น่าขัน เพราะเรากำลังพยายามเพิ่มปริมาณการผลิตไฟฟ้าที่ยืดหยุ่นและปราศจากคาร์บอนในประเทศนี้” วูล์ฟกล่าว
แต่กระทรวงพลังงานระบุว่ามีศักยภาพในการเติบโตภายในประเทศ ผ่านการปรับปรุงโรงไฟฟ้าเก่าและเพิ่มกำลังการผลิตจากเขื่อนที่มีอยู่เดิม
“ประเทศนี้มีเขื่อน 90,000 แห่ง ส่วนใหญ่สร้างขึ้นเพื่อควบคุมน้ำท่วม การชลประทาน การกักเก็บน้ำ และเพื่อการพักผ่อนหย่อนใจ มีเพียง 3% ของเขื่อนเหล่านั้นเท่านั้นที่ใช้ในการผลิตไฟฟ้า” วูล์ฟกล่าว
การเติบโตในภาคส่วนนี้ยังขึ้นอยู่กับการขยายโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับ ซึ่งกำลังได้รับความนิยมมากขึ้นในฐานะวิธีการ "เสริมความแข็งแกร่ง" ให้กับพลังงานหมุนเวียน โดยการเก็บพลังงานส่วนเกินไว้ใช้เมื่อไม่มีแสงแดดและไม่มีลมพัด
เมื่อโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับทำงาน มันจะทำงานเหมือนกับโรงไฟฟ้าพลังน้ำทั่วไป คือ น้ำจะไหลจากอ่างเก็บน้ำด้านบนไปยังอ่างเก็บน้ำด้านล่าง โดยหมุนกังหันผลิตกระแสไฟฟ้าไปพร้อมกัน ความแตกต่างก็คือ โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับสามารถเติมพลังงานได้ โดยใช้พลังงานจากสายส่งไฟฟ้าเพื่อสูบน้ำจากด้านล่างขึ้นไปยังอ่างเก็บน้ำด้านบน ทำให้สามารถเก็บพลังงานศักยภาพไว้ได้ และสามารถปล่อยออกมาใช้ได้เมื่อต้องการ
แม้ว่าปัจจุบันโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับจะมีกำลังการผลิตไฟฟ้าประมาณ 22 กิกะวัตต์ แต่ก็มีโครงการที่อยู่ระหว่างการพัฒนาอีกกว่า 60 กิกะวัตต์ ซึ่งเป็นรองเพียงประเทศจีนเท่านั้น
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การขออนุญาตและใบอนุญาตสำหรับระบบกักเก็บพลังงานแบบสูบน้ำเพิ่มขึ้นอย่างมาก และกำลังมีการพิจารณาเทคโนโลยีใหม่ๆ ซึ่งรวมถึงระบบ "วงปิด" ที่อ่างเก็บน้ำทั้งสองแห่งไม่เชื่อมต่อกับแหล่งน้ำภายนอก หรือระบบขนาดเล็กที่ใช้ถังเก็บน้ำแทนอ่างเก็บน้ำ ทั้งสองวิธีนี้มีแนวโน้มที่จะส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมโดยรอบน้อยกว่า

การปล่อยก๊าซเรือนกระจกและภัยแล้ง
การสร้างเขื่อนกั้นแม่น้ำหรืออ่างเก็บน้ำใหม่สามารถขัดขวางการอพยพของปลาและทำลายระบบนิเวศและแหล่งที่อยู่อาศัยโดยรอบได้ เขื่อนและอ่างเก็บน้ำยังเคยทำให้ผู้คนหลายสิบล้านคนต้องพลัดถิ่นมาตลอดประวัติศาสตร์ โดยส่วนใหญ่เป็นชนพื้นเมืองหรือชุมชนในชนบท
ผลกระทบเหล่านี้เป็นที่ยอมรับกันอย่างกว้างขวาง แต่ความท้าทายใหม่ที่กำลังได้รับความสนใจเพิ่มมากขึ้นในขณะนี้คือ การปล่อยมลพิษจากอ่างเก็บน้ำ
“สิ่งที่ผู้คนไม่รู้ก็คือ อ่างเก็บน้ำเหล่านี้ปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และมีเทนจำนวนมากสู่ชั้นบรรยากาศ ซึ่งทั้งสองชนิดเป็นก๊าซเรือนกระจกที่มีฤทธิ์รุนแรง” อิลิสซา อ็อกโก นักวิทยาศาสตร์ด้านสภาพภูมิอากาศอาวุโสจากกองทุนเพื่อการป้องกันสิ่งแวดล้อมกล่าว
การปล่อยก๊าซเหล่านี้มาจากการเน่าเปื่อยของพืชและสารอินทรีย์อื่นๆ ซึ่งจะสลายตัวและปล่อยก๊าซมีเทนออกมาเมื่อพื้นที่นั้นถูกน้ำท่วมเพื่อสร้างอ่างเก็บน้ำ “โดยปกติแล้วก๊าซมีเทนนั้นจะเปลี่ยนเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ แต่คุณต้องมีออกซิเจนในการเปลี่ยนแปลงนั้น และถ้าหากน้ำอุ่นมากๆ ชั้นล่างสุดของน้ำก็จะขาดออกซิเจน” อ็อกโกกล่าว ซึ่งหมายความว่าก๊าซมีเทนจะถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ
เมื่อพูดถึงเรื่องภาวะโลกร้อน ก๊าซมีเทนมีฤทธิ์รุนแรงกว่าก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ถึง 80 เท่าในช่วง 20 ปีแรกหลังการปล่อย งานวิจัยที่ผ่านมาแสดงให้เห็นว่าพื้นที่ที่ร้อนกว่าของโลก เช่น อินเดียและแอฟริกา มักจะมีโรงงานปล่อยมลพิษมากกว่า ในขณะที่อ็อกโกกล่าวว่าแหล่งกักเก็บก๊าซในจีนและสหรัฐอเมริกาไม่ได้น่าเป็นห่วงเป็นพิเศษ แต่โอคโกกล่าวว่าจำเป็นต้องมีวิธีการวัดการปล่อยมลพิษที่แม่นยำกว่านี้
“และจากนั้นก็อาจมีมาตรการจูงใจต่างๆ เพื่อลดปริมาณการปล่อยมลพิษ หรือกฎระเบียบจากหน่วยงานต่างๆ เพื่อให้แน่ใจว่าคุณไม่ได้ปล่อยมลพิษมากเกินไป” อ็อกโกกล่าว
อีกปัญหาสำคัญสำหรับพลังงานน้ำคือภัยแล้งที่เกิดจากสภาพภูมิอากาศ อ่างเก็บน้ำตื้นจะผลิตพลังงานได้น้อยลง และนี่เป็นเรื่องน่ากังวลเป็นพิเศษในภาคตะวันตกของสหรัฐอเมริกา ซึ่งประสบกับช่วงเวลาแห้งแล้งที่สุดในรอบ 22 ปี ในรอบ 1,200 ปีที่ผ่านมา
เนื่องจากอ่างเก็บน้ำอย่างทะเลสาบพาวเวลล์ ซึ่งเป็นแหล่งน้ำของเขื่อนเกลนแคนยอน และทะเลสาบมีด ซึ่งเป็นแหล่งน้ำของเขื่อนฮูเวอร์ ผลิตกระแสไฟฟ้าได้น้อยลง เชื้อเพลิงฟอสซิลจึงเข้ามาทดแทน จากการศึกษาพบว่า ระหว่างปี 2001-2015 มีการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้นอีก 100 ล้านตันใน 11 รัฐทางตะวันตก เนื่องจากภัยแล้งที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนไปใช้พลังงานหมุนเวียนแทนพลังงานน้ำ นอกจากนี้ ในช่วงที่รัฐแคลิฟอร์เนียประสบปัญหาอย่างหนักระหว่างปี 2012-2016 การศึกษาอีกชิ้นหนึ่งประเมินว่า การสูญเสียการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานน้ำทำให้รัฐสูญเสียเงินไปถึง 2.45 พันล้านดอลลาร์
เป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ที่มีการประกาศภาวะขาดแคลนน้ำในทะเลสาบมีด ส่งผลให้มีการลดปริมาณการจัดสรรน้ำในรัฐแอริโซนา เนวาดา และเม็กซิโก ระดับน้ำในปัจจุบันอยู่ที่ 1,047 ฟุต และคาดว่าจะลดลงอีก เนื่องจากสำนักงานบริหารจัดการทรัพยากรน้ำได้ดำเนินการที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อนโดยการกักเก็บน้ำในทะเลสาบพาวเวลล์ ซึ่งอยู่เหนือทะเลสาบมีด เพื่อให้เขื่อนเกลนแคนยอนสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าต่อไปได้ หากระดับน้ำในทะเลสาบมีดลดลงต่ำกว่า 950 ฟุต จะไม่สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้อีกต่อไป

อนาคตของพลังงานน้ำ
การปรับปรุงโครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงานน้ำที่มีอยู่ให้ทันสมัยขึ้น จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและชดเชยความสูญเสียที่เกิดจากภัยแล้งได้บางส่วน รวมทั้งทำให้โรงไฟฟ้าสามารถดำเนินการได้ต่อไปอีกหลายทศวรรษ
ระหว่างนี้จนถึงปี 2030 จะมีการใช้เงิน 127 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในการปรับปรุงโรงไฟฟ้าพลังน้ำเก่าทั่วโลก ซึ่งคิดเป็นเกือบหนึ่งในสี่ของการลงทุนด้านพลังน้ำทั่วโลกทั้งหมด และเกือบ 90% ของการลงทุนในยุโรปและอเมริกาเหนือ
ที่เขื่อนฮูเวอร์ นั่นหมายถึงการปรับปรุงกังหันบางส่วนให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นในระดับความสูงที่ต่ำลง การติดตั้งประตูน้ำที่บางลงซึ่งควบคุมการไหลของน้ำเข้าสู่กังหัน และการฉีดอากาศอัดเข้าไปในกังหันเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ
แต่ในส่วนอื่นๆ ของโลก การลงทุนส่วนใหญ่กลับมุ่งไปที่การสร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำแห่งใหม่ โครงการขนาดใหญ่ที่รัฐเป็นเจ้าของในเอเชียและแอฟริกาคาดว่าจะคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 75% ของกำลังการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำใหม่ทั้งหมดภายในปี 2030 แต่บางคนก็กังวลเกี่ยวกับผลกระทบที่โครงการเหล่านี้จะมีต่อสิ่งแวดล้อม
“ในความเห็นส่วนตัวของฉัน พวกมันถูกสร้างเกินความจำเป็น พวกมันถูกสร้างให้มีกำลังการผลิตมหาศาลโดยไม่จำเป็น” แชนนอน เอมส์ ผู้อำนวยการบริหารของสถาบันพลังงานน้ำแบบผลกระทบต่ำกล่าว “พวกมันสามารถสร้างเป็นแบบน้ำไหลตามธรรมชาติได้ และสามารถออกแบบให้แตกต่างออกไปได้”
โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบไหลผ่าน (Run-of-river hydropower) ไม่มีอ่างเก็บน้ำ จึงส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยกว่า แต่ไม่สามารถผลิตพลังงานได้ตามต้องการ เนื่องจากปริมาณน้ำที่ผลิตได้ขึ้นอยู่กับปริมาณน้ำตามฤดูกาล คาดว่าโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบไหลผ่านจะคิดเป็นประมาณ 13% ของกำลังการผลิตที่เพิ่มขึ้นทั้งหมดในทศวรรษนี้ ในขณะที่โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบดั้งเดิมจะคิดเป็น 56% และโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับ (Pumped hydro) จะคิดเป็น 29%
แต่โดยรวมแล้ว การเติบโตของพลังงานน้ำกำลังชะลอตัว และคาดว่าจะหดตัวลงประมาณ 23% ภายในปี 2030 การพลิกกลับแนวโน้มนี้จะขึ้นอยู่กับการปรับปรุงกระบวนการกำกับดูแลและการอนุญาตให้คล่องตัวมากขึ้น รวมถึงการกำหนดมาตรฐานความยั่งยืนที่สูงและโครงการวัดการปล่อยมลพิษเพื่อให้ชุมชนยอมรับได้ ระยะเวลาการพัฒนาที่สั้นลงจะช่วยให้นักพัฒนาได้รับข้อตกลงซื้อขายไฟฟ้าได้ง่ายขึ้น ซึ่งจะเป็นการกระตุ้นการลงทุนเนื่องจากผลตอบแทนจะได้รับการรับประกัน
“ส่วนหนึ่งที่ทำให้พลังงานลมดูไม่น่าดึงดูดเท่าพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมนั้น เป็นเพราะระยะเวลาการใช้งานของโรงไฟฟ้าพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น โรงไฟฟ้าพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์มักถูกมองว่าเป็นโครงการระยะเวลา 20 ปี” เอมส์กล่าว “ในทางกลับกัน พลังงานน้ำได้รับอนุญาตและดำเนินการเป็นเวลา 50 ปี และหลายแห่งก็ดำเนินการมาแล้ว 100 ปี… แต่ตลาดทุนของเราไม่ได้ให้ความสำคัญกับผลตอบแทนระยะยาวเช่นนั้นเสมอไป”

วูล์ฟกล่าวว่า การค้นหาแรงจูงใจที่เหมาะสมสำหรับการพัฒนาพลังงานน้ำและระบบกักเก็บน้ำแบบสูบกลับ และการทำให้แน่ใจว่าการดำเนินการนั้นเป็นไปอย่างยั่งยืน จะมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลของโลก
“เราอาจไม่ได้รับความสนใจจากสื่อมากเท่ากับเทคโนโลยีอื่นๆ แต่ผมคิดว่าผู้คนเริ่มตระหนักมากขึ้นเรื่อยๆ ว่าเราไม่สามารถมีระบบไฟฟ้าที่เชื่อถือได้หากปราศจากพลังงานน้ำ”