โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำ

โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำ (Hydro Power Plant)

          โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำ เป็นแหล่งผลิตไฟฟ้าที่สำคัญอีกชนิดหนึ่งของประเทศไทย โรงไฟฟ้าชนิดนี้ใช้น้ำในลำน้ำธรรมชาติเป็นพลังงาน ในการเดินเครื่อง โดยวิธีสร้างเขื่อนปิดกั้นแม่น้ำไว้ เป็นอ่างเก็บน้ำ ให้มีระดับอยู่ในที่สูงจนมีปริมาณน้ำ และแรงดันเพียงพอที่จะนำมาหมุนเครื่องกังหันน้ำและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งอยู่ในโรงไฟฟ้าท้ายน้ำที่มีระดับต่ำกว่าได้ กำลังผลิตติดตั้งและพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้จากโรงไฟฟ้าชนิดนี้ จะเพิ่มเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันและปริมาณน้ำที่ไหลผ่านเครื่องกังหันน้ำ

1.น้ำ (Hydro)

          น้ำเป็นทรัพยากรที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งต่อการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตทั้งหลาย มนุษย์จำเป็นต้องใช้น้ำเพื่อการอุปโภคและบริโภค นอกจากนี้น้ำยังเป็นแหล่งอาหารที่สำคัญ เป็นเส้นทางคมนาคม เป็นแหล่งสันทนาการ รวมทั้งยังสามารถพัฒนาให้เป็นแหล่งพลังงานอีกด้วย

          น้ำจะเกิดขึ้นตามธรรมชาติมีวัฏจักรหมุนเวียนไปอย่างไม่มีวันหมด น้ำจากแหล่งน้ำธรรมชาติ ทะเล มหาสมุทร จะถูกดวงอาทิตย์เผากลายเป็นไอลอยขึ้นไปบนอวกาศและเกาะตัวเป็นกลุ่มก้อน   คือ เมฆฝน ตกลงมาบนพื้นโลกและนำน้ำมาใช้ประโยชน์ในรูปแบบต่างๆกัน

1.1.วัฏจักรน้ำ

        แม้ว่าพื้นผิวโลกส่วนใหญ่จะปกคลุมไปด้วยน้ำ แต่ถ้าเปรียบเทียบมวลของน้ำกับมวลของโลก น้ำมีมวลเพียงร้อยละ 0.2 ของมวลโลก อย่างไรก็ตามการหมุนเวียนของน้ำเป็นวัฎจักร ถือเป็นสิ่งสำคัญที่สุดเรื่องหนึ่งในการศึกษาระบบโลก  ดวงอาทิตย์แผ่รังสีทำให้พื้นผิวโลกได้รับพลังงาน ปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ร้อยละ 22 ทำให้น้ำบนพื้นผิวโลกไม่ว่าจะในมหาสมุทร ทะเล แม่น้ำ หรือ ห้วย หนอง คลอง บึง ระเหยเปลี่ยนสถานะเป็นแก๊สคือ ไอน้ำ ลอยขึ้นสู่บรรยากาศ  อุณหภูมิของไอน้ำลดลงเมื่อลอยตัวสูงขึ้นจนเกิดความชื้นสัมพันธ์ 100% ไอน้ำจะควบแน่นเป็นละอองน้ำเล็กๆ ซึ่งมองเห็นเป็นเมฆ เมื่อหยดน้ำเล็กๆ ในเมฆรวมตัวกันจนมีขนาดใหญ่ และมีน้ำหนักพอที่จะชนะแรงต้านทานอากาศ ก็จะตกลงมากลายเป็นฝน หรือหิมะ หิมะที่ตกค้างอยู่บนยอดเขาพอกพูนกันเป็นธารน้ำแข็ง น้ำฝนที่ตกลงถึงพื้นรวมตัวเป็นลำธาร ห้วย หนอง คลอง บึง หรือไหลบ่ารวมกันเป็นแม่น้ำ  เมื่อธารน้ำแข็งละลายก็จะเพิ่มปริมาณน้ำให้แก่แม่น้ำ

น้ำบนพื้นผิวโลกบางส่วนแทรกซึมตามรอยแตกของหินทำให้เกิดน้ำใต้ดิน และไหลไปรวมกันในท้องมหาสมุทร เป็นอันครบรอบวัฏจักร วัฏจักรน้ำไม่ว่าจะเป็นส่วนที่อยู่ในบรรยากาศ บนพื้นผิว หรือใต้ดิน ล้วนเป็นกลไกที่สำคัญของระบบโลก ไอน้ำที่ระเหยออกจากน้ำในมหาสมุทร ทิ้งประจุแร่ธาตุต่างๆ ทำให้มหาสมุทรมีความเค็ม ไอน้ำที่ระเหยขึ้นไปเป็นน้ำจืดบริสุทธิ์ แต่เมื่อไอน้ำควบแน่นเป็นหยดน้ำและตกลงมาเป็นฝน น้ำฝนละลายแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศ จึงมีสภาพเป็นกรดคาร์บอนิกอ่อนๆ เมื่อตกลงสู่พื้นผิวโลกจะทำปฏิกิริยากับหินปูนซึ่งมีองค์ประกอบเป็นแคลเซียมคาร์บอเนต ทำให้เกิดหน้าผาแหลม โพรงถ้ำ และน้ำกระด้าง

รูปที่ 1 : วัฏจักรน้ำ    

ที่มา : http://www.thaigoodview.com/

เนื่องจากน้ำเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นไปตามอุณหภูมิ การขยายตัวของน้ำในซอกหินทำให้หินแตก น้ำเป็นตัวละลายที่ดีจึงนำพาแร่ธาตุสารอาหารไปกระจายตามส่วนต่างๆ ของพื้นผิวโลก และสะสมแร่ธาตุในดินทำให้พืชพรรณอุดมสมบูรณ์และเป็นแหล่งอาหารของสรรพสัตว์ ต้นไม้สังเคราะห์แสงเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์เป็นอาหารและปล่อยออกซิเจนสู่บรรยากาศ ปริมาณสัตว์ควบคุมปริมาณพืช คายน้ำกลับคืนสู่บรรยากาศทำให้เกิดความชื้นบนผิวดิน

น้ำไหลจากที่สูงไปสู่ที่ต่ำจึงชะล้างประจุของแร่ธาตุทั้งหลายไปสะสมกันในท้องทะเล และเกิดเป็นตะกอนที่พื้นมหาสมุทร สิ่งมีชีวิตในมหาสมุทรจึงใช้แร่ธาตุเหล่านี้เป็นอาหารและสร้างร่างกาย  มหาสมุทรจึงเป็นแหล่งอาหารที่สำคัญของโลก นอกจากนั้นแล้วการที่น้ำมีความจุความร้อน และเป็นตัวพาความร้อนที่ดี  กระบวนการเปลี่ยนสถานะของน้ำจึงเป็นสมดุลพลังงานของโลก ซึ่งมีอิทธิพลต่อระบบภูมิอากาศของโลกอีกด้วย

          การพัฒนาแหล่งน้ำเพื่อนำมาใช้ประโยชน์ ส่วนใหญ่จะก่อสร้างเขื่อนหรืออ่างเก็บน้ำเป็นหลัก โดยการสร้างจะกำหนดวัตถุประสงค์ไว้เป็น 2 ประเภทใหญ่ๆ คือ

          1).เพื่อวัตถุประสงค์เฉพาะเพียงอย่างเดียว (Single Purpose) เช่น สร้างเพื่อการชลประทาน การอุปโภค บริโภค และการผลิตกระแสไฟฟ้าเป็นต้น

          2).เพื่อการอเนกประสงค์ (Multipurpose) คือการสร้างเพื่อให้ได้ประโยชน์หลายๆ อย่างพร้อมกัน เช่น การระบายน้ำ การบรรเทาอุทกภัย การผลิตกระแสไฟฟ้าพลังงานน้ำ การคมนาคม การประมง การท่องเที่ยว การรักษาคุณภาพน้ำ การไล่น้ำเค็ม เป็นต้น

1.2.พลังงานน้ำ

          พลังงานน้ำ (hydropower, water power) เป็นรูปแบบหนึ่งการสร้างกำลังโดยการอาศัยพลังงานของน้ำที่เคลื่อนที่ ปัจจุบันนี้พลังงานน้ำส่วนมากจะถูกใช้เพื่อใช้ในการผลิตไฟฟ้า นอกจากนี้แล้วพลังงานน้ำยังถูกนำไปใช้ในกรมชลประทาน การสี การทอผ้า และใช้ในโรงเลื่อย พลังงานของมวลน้ำที่เคลื่อนที่ได้ถูกมนุษย์นำมาใช้มานานแล้วนับศตวรรษ โดยได้มีการสร้างกังหันน้ำ (Water Wheel) เพื่อใช้ในการงานต่างๆ ในอินเดีย และชาวโรมันก็ได้มีการประยุกต์ใช้เพื่อใช้ในการโม่แป้งจากเมล็ดพืชต่างๆ ส่วนในจีนและตะวันออกไกลก็ได้มีการใช้พลังงานน้ำในการวิดน้ำเพื่อการชลประทาน โดยในช่วงทศวรรษที่ 1830 ซึ่งเป็นยุคที่การสร้างคลองเฟื่องฟู ก็ได้มีการประยุกต์เอาพลังงานน้ำมาใช้เพื่อขับเคลื่อนเรือขึ้นและลงจากเขา โดยอาศัยรางรถไฟที่ลาดเอียง อย่างไรก็ตามเนื่องจากการประยุกต์ใช้พลังงานน้ำในยุคแรกนั้นเป็นการส่งต่อพลังงานโดยตรง(Direct Mechanical Power Transmission) ทำให้การใช้ พลังงานน้ำในยุคนั้นต้องอยู่ใกล้แหล่งพลังงาน เช่น น้ำตก เป็นต้น ปัจจุบันนี้ พลังงานน้ำได้ถูกใช้เพื่อการผลิตกระแสไฟฟ้ากันอย่างกว้างขวาง ทำให้สามารถส่งต่อพลังงานไปใช้ในที่ที่ห่างจากแหล่งน้ำได้

          พลังงานน้ำเกิดจากพลังงานแสงอาทิตย์ ที่ให้ความร้อนแก่น้ำและทำให้น้ำกลายเป็นไอน้ำลอยตัวสูงขึ้น มวลน้ำที่อยู่สูงขึ้นจากจุดเดิม(พลังงานศักย์) เมื่อมวลไอน้ำกระทบความเย็นก็จะเปลี่ยนเป็นของเหลวอีกครั้ง และตกลงมาเนื่องจากเนื่องจากแรงดึงดูดของโลก (พลังงานจลน์)      การนำเอาพลังงานน้ำมาใช้ประโยชน์ทำได้โดยการเปลี่ยนพลังงานจลน์ของน้ำที่ไหลจากที่สูงลงสู่ที่ต่ำให้เป็นกระแสไฟฟ้า อุปกรณ์ที่ใช้ในการเปลี่ยนนี้คือ กังหันน้ำ (Turbines) น้ำที่มีความเร็วสูงจะผ่านเข้าท่อแล้วถ่ายทอดพลังงานจลน์เข้าสู่กังหันน้ำ ซึ่งจะไปหมุนขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอีกทอดหนึ่ง      ในปัจจุบันพลังงานที่ได้จากแหล่งน้ำที่รู้จักกันโดยทั่วไปคือ พลังงานน้ำตก พลังงานน้ำขึ้นน้ำลง พลังงานคลื่น

2.พลังงานศักย์ และพลังงานจลน์

          พลังงาน คือ ความสามารถทำงานได้ สิ่งใดที่มีการเปลี่ยนแปลงหรือมีการเคลื่อนที่ สิ่งนั้นย่อมมีพลังงาน พลังงานมีหลายรูปแบบ ได้แก่ พลังงานความร้อน พลังงานแสง พลังงานเสียง พลังงานกล พลังงานไฟฟ้า พลังงานเคมี เป็นต้น พลังงานมีความจำเป็นต่อการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด และมีความเกี่ยวข้องกับมนุษย์มาตั้งแต่โบราณ จนกระทั่งปัจจุบันมนุษย์ได้ใช้พลังงานต่าง ๆ ทำกิจกรรมในการดำรงชีวิตและใช้อำนวยความสะดวกได้มากขึ้น พลังงานกล แบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ คือ

2.1.พลังงานศักย์

          พลังงานศักย์ คือพลังงานที่สะสมอยู่ในตัววัตถุซึ่งอาจถูกปลดปล่อยออกมาเป็นพลังงานรูปแบบอื่นๆได้ มีสองลักษณะคือ                                                                           

         2.1.1.พลังงานศักย์โน้มถ่วง เป็นพลังงานที่มีอยู่ในวัตถุซึ่งอยู่ในที่สูง เกิดขึ้นเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลกที่กระทำต่อวัตถุ วัตถุที่อยู่บนพื้นดินถือว่าไม่มีพลังงานศักย์โน้มถ่วง แต่วัตถุที่อยู่สูงจากพื้นดิน    มีพลังงานศักย์โน้มถ่วง และถ้าวัตถุอยู่สูงจากพื้นดินมากเท่าใดก็จะมีพลังงานศักย์โน้มถ่วงมากขึ้นตามไปด้วยซึ่งหาขนาดได้จาก   E_p = mgh     เมื่อ  E_p คือพลังงานศักย์โน้มถ่วง (จูล)                                                                                   

      m  คือมวล (กิโลกรัม)                                                                                                                    g   คือความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง                                                                  

      h   คือความสูงจากจุดเปรียบเทียบถึงวัตถุ (เมตร)

2.1.2.พลังงานศักย์ยืดหยุ่น เป็นพลังงานศักย์ที่มีอยู่ในวัตถุที่ยืดหยุ่นได้ โดยเฉพาะสปริง สปริงที่อยู่ในสภาพปกติ คือไม่ถูกยืดหรือหด จะถือว่าไม่มีพลังงานศักย์ยืดหยุ่น แต่ถ้าเรายืดสปริง หรือกดสปริงเข้าไปในขณะที่สปริงถูกยืดหรือถูกกดให้หดนั้น สปริงจะมีพลังงานศักย์ยืดหยุ่น ซึ่งหาขนาดได้จาก

E_p  = 1/2 kx²    เมื่อ  Ep  คือพลังงานศักย์ยืดหยุ่น (จูล)                                                                                                      s  คือระยะห่างจากจุดสมดุล (เมตร)                                                                    

                             k  คือค่านิจสปริง (นิวตัน/เมตร)

2.2.พลังงานจลน์

          พลังงานจลน์ คือ พลังงานที่เกิดกับวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ เช่น น้ำไหล คนเดิน รถกำลังแล่น นกกำลังบิน เป็นต้น วัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง จะมีพลังงานจลน์มากกว่าวัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วต่ำ แต่ถ้าวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากันวัตถุที่มีมวลมากกว่า จะมีพลังงานจลน์มากกว่าพลังงานจลน์ที่ทำให้เกิดการเคลื่อนที่  เช่น

          1.) พลังงานลม ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของอนุภาคอากาศ เป็นสภาพของลมพัด พลังงานลมที่แรงมากสามารถหมุนกังหันลมได้                                                                                                

          2.) พลังงานคลื่น คลื่นในทะเล และมหาสมุทร ปกติเกิดจากลม ในบางครั้งเกิดจากการเคลื่อนไหวของเปลือกโลก เช่น แผ่นดินไหว พลังงานคลื่น สามารถนำมาผลิตเป็นพลังงานไฟฟ้า                              

          3.) พลังงานน้ำ ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของอนุภาคน้ำ เช่น การไหลของกระแสน้ำ การไหลของน้ำตก และการเกิดคลื่นน้ำ พลังงานน้ำที่แรงมากเพียงพอสามารถหมุนกังหันน้ำได้

          นิยามการเกิดพลังงานจลน์ คือ งานที่วัตถุเคลื่อนที่แปรผันตรงกับกำลังสองของอัตราเร็วและมวลของวัตถุเคลื่อนที่เขียนเป็นสมการได้ว่า E_k  = 1/2 mv²                                             

                          เมื่อ      E_k คือพลังงานจลน์ (จูล)                                                                                                                m คือมวล (กิโลกรัม)                                                                                                                    v  คือความเร็วของวัตถุ (เมตร/วินาที)

3.หลักการทำงานของโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำ

          หลักการทำงานคือสร้างเขื่อนหรืออ่างเก็บน้ำ ให้มีระดับน้ำสูงกว่าระดับของโรงไฟฟ้า    ปล่อยน้ำปริมาณที่ต้องการไปตามท่อส่งน้ำ เพื่อไปยังโรงไฟฟ้าที่อยู่ต่ำกว่า พลังน้ำจะไปหมุนเพลาของกังหันน้ำที่ต่อกับเพลาของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ทำให้โรเตอร์ หมุน เกิดการเหนี่ยวนำขึ้นในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ได้พลังไฟฟ้าเกิดขึ้น

 รูปที่ 2 : หลักการทำงานโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำ

    ที่มา :    http://www.balanceenergythai.com   

         พลังงานที่ได้จากไฟฟ้าพลังน้ำนี้ ขึ้นอยู่กับปริมาณน้ำ ความแตกต่างของระดับน้ำ และประสิทธิภาพของกังหันน้ำและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า                                  

         กำลังไฟฟ้า สามารถคำนวณได้จากสมการ

ปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตจากพลังงานนํ้า คำนวณได้จาก    W = PT

เมื่อ W = ปริมาณพลังงานไฟฟ้า (กิโลวัตต์-ชั่วโมง)

      P = กำลังไฟฟ้า (กิโลวัตต์)

      T = ระยะเวลาในการผลิต (ชั่วโมง)

4.ข้อดีและข้อเสียของโรงไฟฟ้าพลังน้ำ

4.1.ข้อดีของโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำ

          1.) ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานต่ำ  สามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้ด้วยราคาถูก  ค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมบำรุงรักษาต่ำ

          2.) สามารถเดินเครื่องจ่ายกระแสไฟฟ้าได้ทันที ใช้เวลาจ่ายไฟฟ้าเข้าระบบได้ ภายใน               เวลา 4–5 นาที การเพิ่มหรือลดพลังงานทำให้รวดเร็ว สามารถจัดให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลง        โดยไม่เสียประสิทธิภาพ

          3.) เป็นโครงการเอนกประสงค์สามารถใช้ประโยชน์ได้มากมาย เช่น ผลิตพลังงานไฟฟ้า              การชลประทาน  การป้องกันน้ำท่วม การคมนาคมทางน้ำ การเลี้ยงสัตว์น้ำ และสัตว์ป่า ฯลฯ

          4.) ไม่สิ้นเปลืองเชื้อเพลิง ไม่มีควันเสีย, เขม่า หรือก๊าซพิษ ค่าเก็บรักษาเชื้อเพลิง

ค่าจำกัดของเสียจึงไม่มี

          5.) มีความแน่นอนในการใช้งาน ประสิทธิภาพของโรงจักรไฟฟ้าไม่เปลี่ยนแปลงมากตามอายุการใช้งานเพราะเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมุนด้วยความเร็วต่ำ  อุณหภูมิใช้งานต่ำ

4.2.ข้อเสียของโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำ

          1.) การลงทุนในระยะแรกตอนสร้างโรงไฟฟ้าและเขื่อนสูงมาก

          2.) ใช้เวลานานประมาณ 4 – 5 ปี ในการสำรวจหาบริเวณที่ตั้ง  และระยะเวลาในการก่อสร้าง

          3.) การผลิตไฟฟ้าขึ้นอยู่กับสภาวะของน้ำฝนที่จะตกลงสู่อ่างเก็บน้ำ ซึ่งไม่ค่อยแน่นอนถ้าปีใดฝนน้อยอาจมีปัญหาในการผลิตไฟฟ้าได้

          4.) อาจกระทบต่อสิ่งแวดล้อม  เช่น ป่าไม้  ที่อยู่อาศัย  ที่ทำกิน โบราณวัตถุ ฯลฯ

          5.) ส่วนมากโรงไฟฟ้าจะอยู่ห่างไกลจากชุมชนอยู่ห่างไกลจากศูนย์กลางการใช้ไฟฟ้าทำให้ต้องเสียค่าใช้จ่ายสูงในเรื่องของสายส่งไฟฟ้า นอกจากนี้ยังมีพลังงานสูญเสียในสายส่งด้วย

5. รูปแบบของไฟฟ้าพลังน้ำ

          โดยทั่วไปรูปแบบของไฟฟ้าพลังน้ำที่นิยมใช้กันแพร่หลาย มี 3 ประเภท คือ

5.1. โรงไฟฟ้าพลังน้ำจากอ่างเก็บน้ำ (Conventional)

          โรงไฟฟ้าประเภทนี้เป็นโรงไฟฟ้าที่น่าจะเห็นกันอย่างแพร่หลายมากที่สุด โดยมีหลักการทำงาน คือ กักเก็บน้ำที่อ่างเก็บน้ำของเขื่อน และเมื่อมีความต้องการไฟฟ้าเกิดขึ้นก็จะปล่อยน้ำจากอ่างเก็บน้ำผ่านเครื่องกำเนิดไฟฟ้า สำหรับลักษณะของโรงไฟฟ้าประเภทนี้จำเป็นต้องจะมีความสูงระหว่างอ่างเก็บน้ำ และท้ายน้ำ

          โรงไฟฟ้าประเภทนี้เน้นการชลประทานเป็นหลัก โดยมีคณะกรรมการบริหารจัดการน้ำ เป็นผู้กำหนดแผนการจัดสรรน้ำในแต่ละปี ขณะที่การผลิตไฟฟ้าเป็นจุดประสงค์รอง โรงไฟฟ้าประเภทนี้ในประเทศไทยมีหลายแห่ง เช่น เขื่อนภูมิพล จ.ตาก เขื่อนสิริกิต์ จ.อุตรดิตถ์ เขื่อนวชิราลงกรณ    จ.กาญจนบุรี

รูปที่ 3 : เขื่อนภูมิพล จังหวัดตาก

     ที่มา : https://www.egat.co.th    

5.1.1.โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบมีอ่างเก็บน้ำขนาดเล็ก (Regulating pond hydroplant)

เป็นโรงไฟฟ้าที่สามารถบังคับการไหลของนํ้าได้ในช่วงสั้นๆ เช่น ประจำวันหรือประจำสัปดาห์ สามารถควบคุมการผลิตไฟฟ้าให้สอดคล้องกับความต้องการได้ดีกว่าโรงไฟฟ้าแบบมีนํ้าไหลผ่านตลอดปี แต่อยู่ในช่วงเวลาที่จำกัดตามขนาดของอ่างเก็บนํ้า

          ตัวอย่างเช่นโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำเขื่อนท่าทุ่งนา จังหวัดกาญจนบุรี โรงไฟฟ้าเป็นอาคารคอนกรีตเสริมเหล็ก จำนวน 5 ชั้น กว้าง 20 เมตร ยาว 50 เมตร สูง 45.78 เมตร ติดตั้งเครื่องผลิตไฟฟ้าชนิดกระแสสลับ ระบายความร้อนด้วยอากาศ จำนวน 2 เครื่อง แต่ละเครื่องให้กำลังผลิต 19 เมกะวัตต์ รวมกำลังผลิตทั้งสิ้น 38 เมกะวัตต์ ให้พลังงานเฉลี่ยปีละ 170 ล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง และโรงไฟฟ้าขนาดเล็ก บ้านสันติ จังหวัดยะลา

5.1.2.โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแบบมีอ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่ (Reservoir hydro plant)            

          เป็นโรงไฟฟ้าที่มีเขื่อนกั้นนํ้าขนาดใหญ่ และสูง กั้นขวางลำนํ้าไว้ ทำให้เกิดเป็นทะเลสาบใหญ่ ซึ่งสามารถเก็บกักนํ้าในฤดูฝน และนำไปใช้ในฤดูแล้งได้ นับว่ามีประโยชน์มาก เพราะสามารถควบคุมการใช้นํ้าในการผลิตกระแสไฟฟ้าเสริมในช่วงที่มีความต้องการใช้ไฟฟ้าสูงได้อย่างมีประสิทธิภาพตลอดปี ประเทศไทยจัดไว้ในประเภทโรงไฟฟ้าพลังนํ้าขนาดใหญ่ เช่น เขื่อนภูมิพล จังหวัดตาก เขื่อนสิริกิติ์ จังหวัดอุตรดิตถ์

5.2.โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบน้ำไหลผ่านตลอดปี (Run-of-the-river)

          โรงไฟฟ้าพลังน้ำประเภทนี้ เป็นรูปแบบที่ไม่มีอ่างเก็บน้ำเป็นองค์ประกอบ จึงไม่มีการบริหารจัดการน้ำ ดังนั้น โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบ Run-of-the-river จะทำงานตลอดเวลาตามปริมาณน้ำที่ไหลในแม่น้ำ เนื่องจากโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบ Run-of-the-river มักสร้างอยู่ในบริเวณพื้นที่ค่อนข้างราบ และมีอาคารสำหรับทดน้ำให้สูงขึ้น ด้วยข้อจำกัดด้านภูมิประเทศ ทำให้ความแตกต่างระหว่างระดับน้ำที่ทดขึ้นกับระดับที่ปล่อยทางด้านท้ายน้ำมีความแตกต่างกันไม่มากนัก  ดังนั้นปริมาณไฟฟ้าที่ผลิตได้จากโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบ Run-of-the-river จึงผันแปรตามปริมาณน้ำเป็นสำคัญ            

          โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบ Run-of-the-river มักก่อสร้างในบริเวณที่มีปริมาณน้ำค่อนข้างมาก และมีน้ำไหลตลอดปี แต่มีภูมิประเทศไม่เหมาะสมที่จะก่อสร้างอ่างเก็บน้ำ โรงไฟฟ้าประเภทนี้ในประเทศไทย ได้แก่ โรงไฟฟ้าเขื่อนปากมูล (แม่น้ำมูล จังหวัดอุบลราชธานี)

รูปที่ 4 : ไฟฟ้าพลังน้ำแบบ Run-of-the-river    

ที่มา : https://ienergyguru.com/2015/10/power-plant-types/

        รูปที่ 5 : เขื่อนปากมูล จังหวัดอุบลราชธานี       

ที่มา : https://www.egat.co.th/

5.3. โรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับ (Pumped-Storage)

          เป็นรูปแบบการผลิตไฟฟ้าที่ตอบสนองช่วงเวลาที่มีความต้องการไฟฟ้าสูงสุด การผลิตไฟฟ้าด้วยพลังน้ำประเภทนี้เปรียบเสมือนได้กับเป็นแบตเตอรี่พลังน้ำ ซึ่งโดยหลักการการผลิตไฟฟ้านั้นเหมือนกับโรงไฟฟ้าจากอ่างเก็บน้ำ ทว่า เครื่องกำเนิดไฟฟ้าประเภทนี้จะสามารถสูบน้ำกลับขึ้นไป    ที่อ่างเก็บน้ำด้านบนได้ เพื่อปล่อยน้ำลงมาผลิตไฟฟ้าอีก โดยการถ่ายเทน้ำระหว่างอ่างเก็บน้ำที่มีระดับแตกต่างกัน ในช่วงเวลาที่มีความต้องการไฟฟ้าน้อย ปริมาณไฟฟ้าส่วนเกินในระบบจะถูกนำมาใช้ในการสูบน้ำไปยังอ่างเก็บน้ำที่อยู่สูงกว่า เมื่อถึงช่วงเวลาที่มีความต้องการใช้ไฟฟ้ามาก น้ำจะถูกปล่อยกลับลงมายังอ่างเก็บน้ำที่อยู่ต่ำกว่าและผลิตไฟฟ้า ปริมาณไฟฟ้าที่ผลิตได้จึงผันแปรตามปริมาณน้ำ และความแตกต่างของระดับน้ำของอ่างเก็บน้ำทั้งสอง

รูปที่ 6 : ไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับ

ที่มา : https://ienergyguru.com/2015/10/power-plant-types/

         ตัวอย่างโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับในประเทศไทย คือ โรงไฟฟ้าเขื่อนลำตะคอง ชลภา-วัฒนา โดยใช้เขื่อนลำตะคอง (แม่น้ำลำตะคอง จังหวัดนครราชสีมา) ซึ่งเป็นอ่างเก็บน้ำที่มีอยู่เดิมและบริหารจัดการน้ำโดยกรมชลประทาน เป็นอ่างเก็บน้ำตัวล่าง และก่อสร้างอ่างเก็บน้ำตัวบนเพิ่มเติมบนเขายายเที่ยง รูปแบบโรงไฟฟ้าเขื่อนลำตะคองชลภาวัฒนา เป็นการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้น้ำให้กับอ่างเก็บน้ำที่มีอยู่แล้ว และยังเพิ่มประสิทธิภาพในระบบการผลิตไฟฟ้าได้อีกด้วย

                                      รูปที่ 7 : อ่างเก็บน้ำบนของโรงไฟฟ้าลำตะคองชลภาวัฒนา จ.นครราชสีมา

ที่มา : https://www.egat.co.th/

          ทั้งนี้ การเลือกว่าจะติดตั้งโรงไฟฟ้าประเภทใดนั้นต้องคำนึงถึงภูมิประเทศที่ก่อสร้าง และการชลประทานด้วย เนื่องจากว่าการสร้างเขื่อนหรืออ่างเก็บน้ำนั้นต้องใช้พื้นที่มาก และต้องเป็นพื้นที่ที่มีความเหมาะสมด้วย

6. กังหันน้ำ (Hydraulic turbines)

          กังหันน้ำ (Hydraulic turbines) คือ เครื่องมือสร้างการหมุนให้กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า กังหันน้ำทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานจากการไหลของน้ำไปเป็นการหมุนของเพลา เป็นอุปกรณ์ที่มีใบพัดถูกติดตั้งที่เพลาหมุน หรือแผ่นจานหมุน (โรเตอร์) มีท่อทางน้ำไหลผ่านใบกังหัน แรงของน้ำไปกระทบกับกังหัน ความเร็วรอบของการหมุนขึ้นอยู่กับความดันของน้ำที่ไหลมากระทบใบกังหัน ผลที่ได้จะเกิดแรงบิด (Torque) จนทำให้เพลาเกิดการหมุน กังหันน้ำมีหลายรูปแบบ การนำแต่ละรูปแบบไปใช้งานจะขึ้นอยู่กับความต้องการใช้งานอย่างเหมาะสม

          กังหันน้ำมีตนกำเนิดจากกังหันน้ำที่ใชเพื่อการเกษตร ในเวลาตอมาไดรับการพัฒนาใหมีประสิทธิภาพสูงและมีขนาดใหญขึ้นจนสามารถใชในโรงไฟฟาพลังน้ำทั้งขนาดเล็กและขนาดใหญไดหลักการทำงานทั่วไปของกังหันน้ำคลายกับกังหันไอน้ำและกังหันกาซ แตกังหันน้ำหรือกังหัน ไฮดรอลิกก็มีลักษณะเฉพาะเนื่องจากของไหลในกังหันไฮดรอลิกเปนน้ำ

รูปที่ 8 : สมดุลพลังงานในกังหันไฮดรอลิก

ที่มา : http://somchart.me.engr.tu.ac.th/pplant.pdf

          จากรูปที่ 15 แสดงการไหลของน้ำที่มีความดันสูง (p1) และความเร็วสูง (V1) เขากังหัน น้ำที่ไหลออกมีความดันต่ำ (p2) และความเร็วสูง (V2) สมมติวา ทางเขาและทางออกอยูระดับเดียวกันและไมมีการสูญเสียพลังงานภายในกังหัน สมการสมดุลพลังงานของการไหลผานกังหันคือ

งานในอุดมคติที่ไดจากกังหันมีคาดังนี้

ประสิทธิภาพของกังหันคำนวณจาก

โดยที่ Eact คือ งานที่ไดจากกังหันจริง

โดยทั่วไปกังหันน้ำแบงเปนประเภทใหญๆ  ได 2 ประเภท คือ

6.1. กังหันน้ำประเภทแรงปฏิกิริยา (Reaction Turbine)

          กังหันน้ำประเภทแรงปฏิกิริยา เป็นกังหันน้ำที่ต้องอาศัยแรงดันของน้ำ ซึ่งเกิดจากความแตกต่างของระดับน้ำที่อยู่ด้านหน้าและด้านท้ายของกังหันน้ำมาทำให้ใบพัดของกังหันเกิดการหมุน น้ำที่เข้าไปในตัวกังหันจะแทรกเข้าไปในช่องระหว่างใบพัดเต็มทุกช่องทางพร้อมกัน ทำให้ตัวกังหันน้ำทั้งหมดจะจมอยู่ในน้ำ กังหันน้ำประเภทนี้เหมาะสำหรับการใช้งานกับแหล่งน้ำที่มีหัวน้ำต่ำถึงปานกลาง โดยทั่วไปที่นิยมใช้จะแบ่งออกเป็น 3 ชนิด ได้แก่

6.1.1. กังหันน้ำฟรานซิส (Francis Turbine)

          กังหันน้ำชนิดนี้เปนกังหันน้ำที่นิยมใชกันอยางแพรหลายเพราะสามารถใชกับแหลงน้ำที่มีระดับความสูงของหัวน้ำตั้งแต 2 ถึง 300 เมตร หลักการทํางานของกังหันน้ำแบบฟรานซิส คือน้ำที่ถูกสงเขามาจากทอสงน้ำจะไหลเขาสูทอกนหอยที่ประกอบอยูรอบๆตัวกังหัน ทอกนหอยจะมีขนาดของพื้นที่   หนาตัดเล็กลงตามความยาวของทอเพื่อตองการทําใหน้ำมีแรงดันและความเร็วในการไหลมากขึ้น   ภายในทอกนหอยจะมีน้ำเต็มอยูตลอดเวลา น้ำที่ไหลในทอกนหอยจะแทรกตัวผานลิ้นนําน้ำเขา(Guide Vane) เพื่อเขาสูตัวกังหันน้ำทําใหวงลอของกังหันน้ำเกิดการหมุนได ลิ้นนําน้ำเขาสามารถปรับแตงมุมใหปดหรือเปดไดมากนอยตามความตองการ ทําหนาที่คลายหัวฉีดของกังหันน้ำแบบ   เพลตัน น้ำซึ่งถายพลังงานจลนใหกับใบพัดกังหันน้ำแลวจะไหลลงสูทอรับน้ำที่อยูดานลางตอไป   กังหันน้ำแบบฟรานซิสมีทั้งแบบแกนตั้งและแกนนอน ซึ่งการเลือกใชจะขึ้นอยูกับการออกแบบและขนาดของโรงไฟฟาแตโดยทั่วไปจะนิยมใชแบบแกนตั้งมากกวา

รูปที่ 9 : กังหันน้ำฟรานซิส

ที่มา : https://sites.google.com/site/

6.1.2. กังหันน้ำคาปลาน (Kaplan Turbine)

          เปนกังหันน้ำที่มีลักษณะเหมือนใบพัด เหมาะกับแหลงน้ำที่มีระดับความสูงของหัวน้ำต่ำตั้งแต 1 ถึง 70 เมตรและมีหลักการทํางานโดยใหน้ำจะไหลผานใบพัดในทิศขนานกับแกนของกังหันน้ำ โดยใบพัดของกังหันน้ำคาปลานสามารถปรับมุมเพื่อรับแรงอัดหรือแรงฉีดของน้ำโดยอัตโนมัติ ซึ่งจะทําใหสามารถควบคุมความเร็วในการหมุนของกังหันน้ำได

รูปที่ 10 : กังหันน้ำคาปลาน

ที่มา : https://ienergyguru.com/2015/10/hydroelectric-power-plant-configurations/

6.1.3. กังหันน้ำเดเรียซ (Deriaz Turbine)

          เปนกังหันน้ำที่มีลักษณะทั่วไปคลายกับกังหันน้ำคาปลาน แตตางกันในสวนของรูปแบบของใบพัด ซึ่งคลายกับใบพัดของกังหันน้ำฟรานซิส กังหันน้ำชนิดนี้จะใชแรงดันน้ำที่เกิดจากการไหลของน้ำในทิศทางทแยงมุมกับแกนของกังหันน้ำ และการประยุกตใชจะเหมาะกับแหลงน้ำที่มีระดับความสูงของหัวน้ำสูงๆเพราะตองใชแรงดันน้ำที่มีแรงดันสูง

รูปที่ 11 : กังหันน้ำเดเรียซ

ที่มา : https://ienergyguru.com/2015/10/hydroelectric-power-plant-configurations/

6.2. กังหันน้ำประเภทหัวฉีด (Impulse Turbine)

          กังหันน้ำประเภทหัวฉีด หรือกังหันแบบแรงกระแทก กังหันแบบนี้มักใช้กับเขื่อนหรืออ่างเก็บน้ำที่มีหัวฉีดสูงเพราะต้องอาศัยแรงฉีดหรือแรงกระแทกของน้ำที่ไหลมาจากท่อน้ำที่รับน้ำมาจากเขื่อน น้ำที่ไหลมาตามท่อส่งน้ำจะถูกลดขนาดมายังหัวฉีดก่อนจะถูกฉีดเข้าไปที่ตัวของกังหันน้ำ ลำน้ำที่พุ่งผ่านหัวฉีดจะมีแรงและความเร็วสูง ดังนั้นเมื่อกระแทกเข้าใบพัดหรือวงล้อของกังหันน้ำจะทำให้กังหันน้ำเกิดการหมุนได้การควบคุมการหมุนของกังหันน้ำสามารถทำได้โดยการปรับขนาดของหัวฉีด ซึ่งเสมือนเป็นการปรับปริมาณน้ำให้มากหรือน้อยได้ตามต้องการ กังหันน้ำประเภทนี้สามารถแบ่งออกเป็น 3 ชนิด ได้แก่

6.2.1. กังหันน้ำแบงกี (Banki Turbine)

          กังหันน้ำประเภทนี้เหมาะสําหรับแหลงน้ำที่มีหัวน้ำต่ำ (Low Head) และตองการกําลังการผลิตคอนขางนอย ซึ่งปจจุบันไมคอยนิยมใชแลว

รูปที่ 12 : กังหันน้ำแบงกี

ที่มา : https://ienergyguru.com/2015/10/hydroelectric-power-plant-configurations/

6.2.2. กังหันน้ำเพลตัน (Pelton Turbine)

          กังหันน้ำชนิดนี้ไดรับการพัฒนามาตั้งแตปค.ศ.1880 โดยเลสเตอร เพลตัน(Lester Pelton) รูปแบบของกังหันน้ำนี้ถูกออกแบบโดยใชถวยรับน้ำ ซึ่งติดอยูในวงลอภายในตัวกังหันเปนแบบถวยคู และสามารถใชกับลําน้ำที่ผานหัวฉีดมากกวา 1 ชองโดยอาจมีจํานวนถึง4ชองก็ได ซึ่งจะทําใหไดรับกําลังเพิ่มขึ้นในขณะที่ขนาดของกังหันน้ำเทาเดิม โดยทั่วไปกังหันน้ำนี้เหมาะสําหรับการผลิตไฟฟาจากแหลงน้ำที่มีระดับของหัวน้ำสูง(High Head) ซึ่งสูงกวา 250 เมตร หรืออาจนอยกวาก็ได ในกรณีที่เปนระบบเล็กการทําใหกังหันน้ำชนิดนี้หมุนอาจใชความเร็วของลําน้ำที่ผานหัวฉีดที่ไมตองมีความเร็วสูงนัก โดยประสิทธิภาพของกังหันน้ำชนิดนี้จะดีที่สุด เมื่อความสัมพันธระหวางความเร็วของการหมุนของวงลอ ถวยเปนครึ่งหนึ่งของความเร็วของลําน้ำที่ฉีดเขาไป

รูปที่ 13 : กังหันน้ำเพลตัน

ที่มา : https://ienergyguru.com/2015/10/hydroelectric-power-plant-configurations/

6.2.3. กังหันน้ำเทอรโก (Turgo Turbine)

          เปนกังหันน้ำที่ถูกพัฒนาขึ้นจากกังหันน้ำแบบเพลตัน เมื่อประมาณปค.ศ. 1920 โดยภายในตัวกังหันน้ำนี้จะใชถวยรับน้ำแบบเดี่ยวและคอนขางตื้นแทนถวยรับน้ำแบบคูในกังหันน้ำแบบเพลตัน กังหันน้ำประเภทนี้เหมาะสําหรับแหลงน้ำที่มีหัวน้ำที่มีระดับความสูงปานกลาง (Medium Head) เพราะสามารถใชกับลําน้ำที่ผานหัวฉีดซึ่งมีความเร็วไมมากนัก และมีความสามารถในการรับปริมาณน้ำไดมากกวากังหันน้ำเพลตัน โดยประสิทธิภาพของกังหันน้ำจะดีที่สุดเมื่อความเร็วของการหมุนของวงลอถวยเปนครึ่งหนึ่งของความเร็วของลําน้ำที่ฉีดเขาไปเหมือนกับกรณีของกังหันน้ำแบบเพลตัน

รูปที่ 14 : กังหันน้ำเทอรโก

ที่มา : https://ienergyguru.com/2015/10/hydroelectric-power-plant-configurations/

7. ชนิดของเขื่อน

          การแบ่งชนิดของเขื่อนโดยใช้วัสดุที่ใช้ในการก่อสร้างเป็นหลักสามารถแบ่งออกได้ดังนี้คือ

7.1. เขื่อนฐานแผ่ (gravity dam)

          มีลักษณะรูปหน้าตัดเป็นสามเหลี่ยม มีความลาดชันด้านหน้าเขื่อน  0-0.3  การลาดชันด้านหลังเขื่อน  0.75 – 0.85 ซึ่งการออกแบบจะให้มีความลาดชันมากน้อยเท่าใด จะต้องพิจารณาจากองค์ประกอบต่าง ๆ คือ การยุบตัว การเลื่อนของเขื่อน ซึ่งอาจเกิดจากแรงภายนอก เช่น แรงดันจากน้ำแข็งแรงจากโคลนตมเป็นต้น เขื่อนแบบนี้อาศัยน้ำหนักคอนกรีตของตัวเขื่อนรองรับต่าง ๆ ที่กระทำบนเขื่อนตัวเขื่อนจะต้องหนาใหญ่  ต้องใช้คอนกรีตมาก ข้อดีของเขื่อนชนิดนี้คือการออกแบบง่าย การติดตั้งเครื่องมือเครื่องจักรสะดวก สามารถทำให้คงอยู่ในสภาพดี มีความปลอดภัยสูง ส่วนข้อเสียคือ จะต้องใช้หินที่ดีในกาทำรากฐานเขื่อนต้องใช้วัสดุเป็นจำนวนมาก  ค่าขนส่งสูง  มีปริมาณงานมากทำให้ค่าก่อสร้างสูง

7.2. เขื่อนโค้ง  (arch  dam) 

          มีลักษณะเป็นรูปโค้ง  อาศัยแรงกดของความโค้งจากตัวเขื่อนรับแรงต่าง ๆ ที่กระทำบนเขื่อนแล้วถ่ายแรงเหล่านี้ไปยังฐานเขื่อนและบนฐานเขื่อน การสร้างเขื่อนชนิดนี้ คิดคำนวณจากสูตรทรงกระบอกธรรมดา มีความสูงเกินกว่า 60 เมตร ส่วนมากจะก่อสร้างตรงจุด ที่มีพื้นที่หน้าตัดแคบ และมีหินรากฐานที่แข็งแรง แต่ลักษณะพื้นที่เช่นนี้หายาก จึงจำเป็นต้องมี การปรับฐานรากให้มีความแข็งแรงขึ้นก่อนแล้วจึงสร้างเขื่อนขึ้นภายหลัง 

          ข้อดีของเขื่อนชนิดนี้ คือ ตัวเขื่อนใช้คอนกรีตน้อยและบางกว่า จึงทำให้ราคาค่าก่อสร้างถูกกว่าเขื่อนกราวิตี้ 

          ข้อเสียของเขื่อนชนิดนี้ คือ การออกแบบและการดำเนินงานก่อสร้างยุ่งยาก การก่อสร้างทางน้ำล้นในตัวเขื่อนทำได้ยากกว่าแบบอื่น

7.3. เขื่อนกลวงหรือเขื่อนครีบ (hollow or buttress dam)

          มีลักษณะเป็นคอนกรีตเสริมเหล็ก ด้านหน้าจะมีผนังกั้นน้ำอาจเป็นแบบเรียบ หรือแบบโค้งก็ได้ ด้านหลังเป็นคอนกรีตค้ำผนังกั้นน้ำจะเป็นตัวรับแรงดันของน้ำแล้วถ่ายแรงไปยังฐานรากเขื่อน 

          ข้อดี เขื่อนชนิดนี้ใช้ปริมาณคอนกรีต   น้อยกว่าเขื่อนกราวิตี้ 20 – 30% จึงทำให้ราคาถูก 

          ข้อเสีย มีความปลอดภัยน้อยและไม่นิยมสร้างให้มีความสูงมากนัก

7.4. เขื่อนถม (embankment dam)

          เป็นเขื่อนที่สร้างด้วยราคาค่อนข้างประหยัด เพราะสามารถหาวัสดุที่จะนำมาใช้ในการก่อสร้าง ซึ่งมีอยู่ตามธรรมชาติในที่ที่ก่อสร้างได้ เช่น หิน ทราย ดินเหนียว ฐานรากของเขื่อนไม่จำเป็นต้องปรับสภาพให้ดีเท่ากับเขื่อนคอนกรีต  แบ่งออกเป็น 2 ชนิด คือ

7.4.1. เขื่อนหินถม  (rock fill dam) 

          ประกอบด้วยหินเป็นส่วนใหญ่  โดยจะมีผนังกั้นน้ำซึมทั้งด้านเหนือน้ำ และด้านท้าน้ำ  ซึ่งจะเป็นผนังคอนกรีตหรือดินก็ได้  แต่เนื่องจากหินที่นำไปถมเขื่อนจะจมอัดลงไปกับผนังกั้นน้ำซึมนี้ จึงนิยมใช้เป็นแบบดินเหนียวมากกว่า  และทางด้านเหนือน้ำมักนิยมใช้วัสดุที่สามารถปรับตัวได้เช่น  แอสฟัลท์ สำหรับการออกแบบเขื่อนถมหินนี้ จะต้องพิจารณาความมั่นคงของความลาดของเขื่อน ความปลอดภัยในด้านการเลื่อน  การอัดและการจมของวัสดุที่ใช้ในการก่อสร้างการซึมของน้ำผ่านผนังกันซึม การเก็บกักน้ำไว้ในอ่างจะต้องไม่ล้นอ่าง ค่าใช้จ่ายในการสร้างทางน้ำล้น และอุโมงค์จะสูงเมื่อเทียบกับเขื่อนประเภทอื่น เพราะไม่สามารถสร้างทางน้ำล้นในตัวเขื่อนได้  เพื่อเป็นการประหยัดควรพยายามหาทางใช้วัสดุที่ขุดออกมาเพื่อก่อสร้างอุโมงค์และส่วนประกอบของเขื่อนในการสร้างตัวเขื่อนให้ได้มากที่สุด

7.4.2. เขื่อนดิน  (earth dam) 

          คือ เขื่อนที่ใช้ดินถมเป็นส่วนใหญ่มีแกนกลางของเขื่อนเป็นดินเหนียวมีคุณสมบัติและลักษณะการออกแบบคล้ายกับเขื่อนหินถม

8. ทอสงน้ำ

          ทอสงน้ำมีสองสวน สวนแรกเปน ทอสงน้ำความดันต่ำ (low-pressure conduit) น้ำที่    ออกจากเขื่อนจะไหลเขาทอสงน้ำความดันต่ำเปนลำดับแรก ทางเขาทอติดตั้งตะแกรง (screen) เพื่อ ปองกันเศษไม, วัชพืช หรือวัตถุขนาดใหญไหลเขาไปในทอสงน้ำซึ่งอาจจะเขาไปสรางความเสียหาย  ใหใบพัดของเครื่องกังหันได ขนาดของชองตะแกรงจะตองไมเล็กหรือใหญเกินไป ถาเล็กเกินไปจะจำกัดอัตราการไหลของน้ำภายในทอสงน้ำ ถาใหญเกินไปก็จะไมสามารถปองกันวัตถุขนาดใหญได ดานปลายของทอนี้จะตอกับถังลดแรงดันน้ำ (surge tank) ซึ่งทำหนาที่ดูดซับความดันน้ำที่เพิ่มอยางกระทันหันและเพิ่มความดันใหน้ำในกรณีที่ความดันน้ำลดลงอยางกระทันหัน สวนที่สองเปนทอน้ำความดันสูง (penstock) ที่ลาดลงเพื่อเพิ่มความดันของน้ำ ทอสงน้ำความดันต่ำอาจสรางจาก PVC หรือ โพลีเอตทีลีน (polyethelene)ทอสงน้ำความดันสูงอาจสรางจากเหล็กกลาหรือคอนกรีตเสริมเหล็ก ทอสงน้ำอาจวางใตดินหรือบนดินก็ได และอาจมีขอตอการขยาย (expansion joint) เพื่อรับมือกับการเคลื่อนตัวของแนวทอเมื่อเวลาผานไป ถาพิจารณาสมดุลพลังงานของทอสงน้ำจะไดสมการดังนี้

โดยที่ H คือ ระยะตามแนวตั้งจากระดับน้ำในเขื่อนถึงทางออกจากทอสงน้ำ p1 คือ ความดันน้ำทางออก pL คือ ความดันสูญเสีย (pressure loss) ของการไหลในทอสงน้ำ และ V1 คือ ความเร็วเฉลี่ยของน้ำที่ไหลออกจากทอสงน้ำซึ่งคำนวณจากอัตราการไหลหารดวยพื้นที่หนาตัดของทอประสิทธิภาพของทอสงน้ำคือ

การไหลในทอทำใหเกิดความดันสูญเสียซึ่งเปนสาเหตุที่ทำให ηp นอยกวา 1 ความดันสูญเสียมีคาลดลงเมื่อขนาดของทอเพิ่มขึ้นและความยาวของทอลดลง ดังนั้นทอสงน้ำมักมีขนาดใหญเพื่อลดความดันสูญเสียและเพิ่มอัตราการไหลของน้ำแตขนาดของทอถูกจำกัดดวยราคา นอกจากนี้การออกแบบทอสงน้ำควรลดความยาวของทอที่ไมจำเปนและหลีกเลี่ยงการวางทอแบบหักมุมซึ่งจะเพิ่มความดันสูญเสียในทอ อยางไรก็ตามทอสงน้ำมักเปนคาใชจายหลักของการกอสรางโรงไฟฟาพลังน้ำเนื่องจากทอสงน้ำมักมีขนาดใหญและมีความยาวมากการควบคุมการไหลในทอสงน้ำใชวาลวซึ่งติดตั้งใกลทางเขาเครื่องกังหันไฮดรอลิก โรงไฟฟาพลังน้ำที่ทำหนาที่จายไฟใหภาระสูงสุดในระบบมีความจำเปนตองเปลี่ยนอัตราการไหลตลอดเวลา ในชวงที่ภาระลดลงต่ำกวาภาระสูงสุดโรงไฟฟาจะหยุดเดินเครื่องโดยการปดวาลว การปดวาลวอยางกระทันหันทำใหเกิดสภาวะคลื่นกระแทก (water hammer) ซึ่งเปนสภาวะที่ความดันน้ำในทอเพิ่มขึ้นอยางรวดเร็วและอาจมากกวาความดันที่ทอออกแบบใหรองรับได สภาวะดังกลาวจึงอาจทำใหทอเสียหายไดจากการความดันภายใน ในทางกลับกันการเปดวาลวอยางกระทันหันน้ำไหลออกจากทอสงน้ำอยางรวดเร็วจนอาจเกิดสภาวะสุญญากาศในทอซึ่งทำใหทอเสียหายจากการยุบตัวลงไดเชนกัน วิธีปองกันความเสียหายจากการเปลี่ยนคลื่นกระแทกและการเกิดสุญญากาศในทอคือ การติดตั้งถังลดแรงดันน้ำที่ทอสงน้ำหนาที่อื่นของถังลดแรงดันน้ำคือ เปนที่เก็บน้ำที่เกินความตองการของเครื่องกังหัน จายน้ำเพิ่มเติมใหเครื่องกังหันเมื่อมีความตองการน้ำมากกวาปกติและลดการเปลี่ยนแปลงความดันน้ำในทอสงน้ำถังลดแรงดันน้ำมีสามแบบ ถังลดแรงดันน้ำแบบธรรมดา (simple surge tank) เปนถังทรงกระบอกที่มีทางเขาขนาดเทาหนาตัดของถัง ถังตองมีความสูงเพียงพอสำหรับรองรับปริมาณน้ำที่ลนออกมาจาก  ทอสงน้ำเมื่อปดวาลว ถังแบบนี้ไมสามารถปองกันการเปลี่ยนแปลงความดันในทออยางรวดเร็วได     ถังลดแรงดันน้ำแบบออริฟซ (orifice surge tank) มีทางเขาขนาดเล็กและสามารถรองรับการเปลี่ยนแปลงความดันอยางรวดเร็วในทอสงน้ำไดดี  

ถังลดแรงดันน้ำแบบผลตาง (differential surge tank) เปนแบบผสมโดยมีถังเล็กอยูในถังใหญ น้ำไหลจากทอสงน้ำเขาถังเล็กผานออริฟซ น้ำที่ลนจากถังเล็กจะไหลเขาถังใหญ จึงไมมีการสูญเสียน้ำเหมือนสองแบบแรก รูปที่ 14 แสดงถังลดแรงดันน้ำทั้งสามแบบ

รูปที่ 15 : ถังลดแรงดันน้ำทั้งสามแบบ

ที่มา : http://somchart.me.engr.tu.ac.th/pplant.pdf

บรรณานุกรม

วัฒนา ถาวร.โรงต้นกำลังไฟฟ้า.พิมพ์ครั้งที่ 8 .กรุงเทพฯ:สำนักพิมพ์ ส.ส.ท.

วัฏจักรน้ำ.(2561).[ออนไลน์].เข้าถึงได้จาก : http://www.lesa.biz/earth/hydrosphere/water-cycle.

(วันที่ค้นข้อมูล : 12 ธันวาคม 2562).

ไฟฟ้าพลังงานน้ำ.(2561).[ออนไลน์].เข้าถึงได้จาก : https://sites.google.com/site/gdjennie12/watcakr-na-ni-rabb-niwes .(วันที่ค้นข้อมูล : 14 ธันวาคม 2562).

โรงไฟฟ้าน้ำ.(2561).[ออนไลน์].เข้าถึงได้จาก : https://powerplant2.wordpress.com. 

(วันที่ค้นข้อมูล : 14 ธันวาคม 2562).

บ้านจอมยุทธ์.(2561).งานและพลังงาน.[ออนไลน์].เข้าถึงได้จาก :https://www.baanjomyut.com/library_3/extension-4/work_and_energy/index.html.

(วันที่ค้นข้อมูล : 9 ธันวาคม 2562).

พลังงานศักย์และพลังงานจลน์.(2561).[ออนไลน์].เข้าถึงได้จาก : https://www.dek- d.com/board/view/3645095/  .

(วันที่ค้นข้อมูล : 11 ธันวาคม 2562).

โรงไฟฟ้าพลังน้ำ.(2561).[ออนไลน์].เข้าถึงได้จาก : http://www.balanceenergythai.com.     

(วันที่ค้นข้อมูล : 13 ธันวาคม 2562).

รูปแบบไฟฟ้าพลังน้ำ.(2561).[ออนไลน์].เข้าถึงได้จาก :https://ienergyguru.com/2015/10/power-plant-types/ (วันที่ค้นข้อมูล : 13 ธันวาคม 2562).

กังหันน้ำ.(2561).[ออนไลน์].เข้าถึงได้จาก : http://dspace.spu.ac.th/bitstream/.

(วันที่ค้นข้อมูล : 13 ธันวาคม 2562).

กังหันไฮดรอลิก.(2561).[ออนไลน์].เข้าถึงได้จาก : http://somchart.me.engr.tu.ac.th/pplant.pd.

(วันที่ค้นข้อมูล : 15 ธันวาคม 2562).

          หมายเหตุ : เรียบเรียงโดย นางสาวพรนารี เหมหงษา 
                         จัดทำโดย     นายธนากิจ ทองมนต์