วัฏจักรพลังงานของการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำ

พลังงานน้ำเป็นเทคโนโลยีทางวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาประเด็นทางเทคนิคและเศรษฐกิจ เช่น การก่อสร้างทางวิศวกรรมและการจัดการการผลิต พลังงานน้ำที่ใช้ในการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำส่วนใหญ่เป็นพลังงานศักยภาพที่สะสมอยู่ในน้ำ เพื่อแปลงพลังงานน้ำให้เป็นไฟฟ้า จำเป็นต้องสร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำประเภทต่างๆ

1. บทนำพื้นฐาน: พลังงานน้ำคือการใช้พลังงานจากแม่น้ำ ทะเลสาบ ฯลฯ ซึ่งตั้งอยู่บนพื้นที่สูงและมีพลังงานศักยภาพ ไหลลงสู่พื้นที่ต่ำและเปลี่ยนพลังงานศักยภาพนั้นให้เป็นพลังงานจลน์ของกังหันน้ำ จากนั้นจึงนำพลังงานจลน์นั้นไปใช้เป็นพลังงานขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า การใช้พลังงานน้ำ (จากหัวน้ำ) เพื่อขับเคลื่อนการหมุนของเครื่องจักรไฮดรอลิก (กังหันน้ำ) เปลี่ยนพลังงานน้ำเป็นพลังงานกล หากเชื่อมต่อเครื่องจักรอีกประเภทหนึ่ง (เครื่องกำเนิดไฟฟ้า) เข้ากับกังหันน้ำ ก็จะสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้เมื่อกังหันหมุน จากนั้นจึงเปลี่ยนพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า ในแง่หนึ่ง พลังงานน้ำคือกระบวนการเปลี่ยนพลังงานศักยภาพของน้ำให้เป็นพลังงานกล แล้วจึงเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่ผลิตโดยโรงไฟฟ้าพลังน้ำนั้นต่ำ หากจะส่งไปยังผู้ใช้ในพื้นที่ห่างไกล จำเป็นต้องเพิ่มแรงดันไฟฟ้าผ่านหม้อแปลงไฟฟ้า จากนั้นส่งไปยังสถานีไฟฟ้าย่อยในพื้นที่ที่มีผู้ใช้หนาแน่นผ่านสายส่งทางอากาศ สุดท้ายลดแรงดันไฟฟ้าให้เหมาะสมสำหรับผู้ใช้ในครัวเรือนและอุปกรณ์ไฟฟ้าในโรงงาน แล้วจึงส่งไปยังโรงงานและบ้านเรือนต่างๆ ผ่านสายส่งจำหน่าย 2. หลักการพื้นฐานของการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำคือการใช้ประโยชน์จากการลดลงของระดับน้ำร่วมกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า กล่าวคือ การแปลงพลังงานศักยภาพของน้ำให้เป็นพลังงานกลของกังหันน้ำ แล้วใช้พลังงานกลนั้นขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อให้ได้พลังงานไฟฟ้า นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้ประโยชน์จากสภาพธรรมชาติ เช่น วิศวกรรมการไหลและฟิสิกส์เชิงกลอย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้ประโยชน์จากระดับน้ำที่ลดลง และได้จับคู่สิ่งเหล่านี้อย่างระมัดระวังเพื่อให้ได้กำลังการผลิตไฟฟ้าสูงสุดเพื่อให้ผู้คนได้ใช้ไฟฟ้าที่ราคาถูกและปราศจากมลพิษ ในทางกลับกัน ระดับน้ำที่ต่ำจะดูดซับแสงแดดและหมุนเวียนบนโลกในวันศุกร์ ซึ่งจะช่วยฟื้นฟูแหล่งน้ำให้สูงขึ้น

จนถึงปัจจุบัน ขนาดของพลังงานไฟฟ้าพลังน้ำมีความหลากหลาย ตั้งแต่หลายสิบวัตต์ที่ใช้ในพื้นที่ชนบทของประเทศกำลังพัฒนา ไปจนถึงหลายล้านวัตต์ที่ใช้ในการจ่ายไฟในเมืองใหญ่ 3. ประเภทหลักแบ่งตามความหนาแน่นของปริมาณน้ำที่ไหลลง ได้แก่ โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบเขื่อน โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบผันน้ำ โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบผสมผสาน โรงไฟฟ้าพลังน้ำขึ้นลง และโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับ โดยพิจารณาจากระดับการควบคุมปริมาณน้ำไหล ว่ามีโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบควบคุมหรือไม่ ตามลักษณะของแหล่งน้ำ โดยทั่วไปจะเรียกว่าโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบดั้งเดิม ซึ่งใช้น้ำจากแม่น้ำ ทะเลสาบ และแหล่งน้ำธรรมชาติอื่นๆ ในการผลิตไฟฟ้า โรงไฟฟ้าพลังน้ำสามารถแบ่งออกเป็นโรงไฟฟ้าพลังน้ำหัวสูง (มากกว่า 70 เมตร) โรงไฟฟ้าพลังน้ำหัวกลาง (15-70 เมตร) และโรงไฟฟ้าพลังน้ำหัวต่ำ (ต่ำกว่า 15 เมตร) ตามระดับความสูงที่ใช้ประโยชน์ได้ และตามกำลังการผลิตติดตั้ง โรงไฟฟ้าพลังน้ำสามารถแบ่งออกเป็นโรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดใหญ่ ขนาดกลาง และขนาดเล็ก โดยทั่วไปแล้ว โรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็กที่มีกำลังการผลิตติดตั้งน้อยกว่า 5,000 กิโลวัตต์ เรียกว่าโรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็ก โรงไฟฟ้าพลังน้ำที่มีกำลังการผลิตติดตั้งระหว่าง 5,000 ถึง 100,000 กิโลวัตต์ เรียกว่าโรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดกลาง และโรงไฟฟ้าพลังน้ำที่มีกำลังการผลิตติดตั้งมากกว่า 100,000 กิโลวัตต์ เรียกว่าโรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดใหญ่หรือโรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดยักษ์ 4. ข้อดีของพลังน้ำคือเป็นแหล่งพลังงานสะอาดที่ไม่มีวันหมดและหมุนเวียนได้ อย่างไรก็ตาม เพื่อที่จะใช้พลังงานน้ำตามธรรมชาติได้อย่างมีประสิทธิภาพ จำเป็นต้องสร้างโครงสร้างทางไฮดรอลิกด้วยตนเองที่สามารถรวมการไหลของน้ำและควบคุมการไหล เช่น เขื่อน ท่อส่งน้ำ และท่อระบายน้ำ ดังนั้น การลงทุนในโครงการจึงมีขนาดใหญ่และวงจรการก่อสร้างยาวนาน แต่การผลิตไฟฟ้าพลังน้ำมีประสิทธิภาพสูง ต้นทุนการผลิตไฟฟ้าต่ำ เริ่มเดินเครื่องได้เร็ว และปรับแต่งได้ง่าย เนื่องจากใช้การไหลของน้ำตามธรรมชาติ จึงได้รับผลกระทบอย่างมากจากสภาพธรรมชาติ พลังงานน้ำมักเป็นส่วนประกอบสำคัญของการใช้ทรัพยากรน้ำอย่างครบวงจร โดยก่อให้เกิดระบบการใช้ทรัพยากรน้ำแบบบูรณาการร่วมกับกิจกรรมอื่นๆ เช่น การขนส่งทางน้ำ การเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ การชลประทาน การควบคุมน้ำท่วม การท่องเที่ยว เป็นต้น พลังงานน้ำเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยที่สุด นอกจากจะให้ไฟฟ้าที่ราคาถูกแล้ว ยังมีข้อดีอื่นๆ อีก เช่น การควบคุมน้ำท่วม การจัดหาน้ำเพื่อการชลประทาน การปรับปรุงการเดินเรือในแม่น้ำ และการปรับปรุงการขนส่ง การจัดหาพลังงาน และเศรษฐกิจในภูมิภาค โดยเฉพาะอย่างยิ่งการพัฒนาการท่องเที่ยวและการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ