เทคโนโลยี นวัตกรรม สิ่งประดิษฐ์ วิศวกรรม เกษตรศาสตร์ >>

พลังงานน้ำ

อาศัยหลักการของการเคลื่อนที่จากที่สูงสู่ที่ต่ำของน้ำเมื่อน้ำบนผิวโลกในทะเลและมหาสมุทรระเหยกลายเป็นไอลอยขึ้นไปในอากาศแล้วกลั่นตัวกลายเป็นฝน บางส่วนจะตกลงบนที่สูง เช่น ภูเขาและไหลลดระดับลงสู่ที่ต่ำ ในขั้นตอนนี้เราจึงเอาพลังงานบางส่วนมาใช้โดยการสร้างเขื่อนกักเก็บน้ำเพื่อสะสมพลังงานศักย์

พลังงานศักย์ของน้ำถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์ อุปกรณ์ที่ใช้ในการเปลี่ยนนี้ คือ กังหันน้ำ (Turbines) น้ำที่มีความเร็วสูงจะผ่านเข้าท่อแล้วให้พลังงานจลน์แก่กังหันน้ำ ซึ่งหมุนขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า กังหันน้ำจะแบ่งเป็นประเภทใหญ่ได้ 2 ประเภท คือ กังหันน้ำประเภทหัวฉีด (Impulse turbines) เป็นแบบหมุนได้ด้วยแรงกระแทกจากน้ำที่พุ่งออกมาจากหัวฉีด เช่น กังหันน้ำเพลตัน และกังหันน้ำประเภทอาศัยแรงปฏิกิริยา (Reaction turbines) เป็นแบบที่ทำงานโดยอาศัยแรงดันของน้ำ ตัวกังหันทั้งหมดจมอยู่ในท่อ เช่น กังหันน้ำแบบฟรานซิส (Francis turbines) กังหันแคเปลน (Kaplan turbines) ในปัจจุบันพลังงานที่ได้จากแหล่งน้ำที่รู้จักกันโดยทั่วไป คือ พลังงานน้ำตก พลังงานน้ำขึ้นน้ำลง พลังงานคลื่น และพลังงานกระแสน้ำ

พลังงานน้ำตก การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานน้ำนี้ทำได้โดยอาศัยพลังงานของน้ำตกออกจากน้ำตามธรรมชาติ หรือน้ำตกที่เกิดจากการดัดแปลงสภาพธรรมชาติ เช่น น้ำตกที่เกิดจากการสร้างเขื่อนกั้นน้ำ น้ำตกจากทะเลสาบบนเทือกเขาสู่หุบเขา กระแสน้ำในแม่น้ำไหลตกหน้าผา เป็นต้น การสร้างเขื่อนกั้นน้ำและให้น้ำตกไหลผ่านกังหันน้ำซึ่งติดอยู่บนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า กำลังงานน้ำที่ได้จะขึ้นอยู่กับความสูงของน้ำและอัตราการไหลของน้ำที่ปล่อยลงมา ดังนั้นการผลิตพลังงานจากพลังงานนี้จำเป็นต้องมีบริเวณที่เหมาะสมและการสร้างเขื่อนนั้นจะต้องลงทุนอย่างมาก แต่อย่างไรก็ตามจากการสำรวจคาดว่าทั่วโลกสามารถผลิตกำลังไฟฟ้าจากกำลังน้ำมากกว่าพลังงานทดแทนประเภทอื่น
พลังงานน้ำขึ้นน้ำลง มีพื้นฐานมาจากพลังงานศักย์และพลังงานจลน์ของระบบที่ประกอบด้วยดวงอาทิตย์ โลก และดวงจันทร์ จึงจัดเป็นแหล่งพลังงานประเภทใช้แล้วไม่หมดไป การเปลี่ยนพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงให้เป็นพลังงานไฟฟ้า คือ เลือกแม่น้ำหรืออ่าวที่มีพื้นที่เก็บน้ำได้มากและพิสัยของน้ำขึ้นน้ำลงมีค่าสูงแล้วสร้างเขื่อนที่ปากแม่น้ำหรือปากอ่าว เพื่อให้เกิดเป็นอ่างเก็บน้ำขึ้นมาเมื่อน้ำขึ้นจะไหลเข้าสู่อ่างเก็บน้ำและเมื่อน้ำลงจะไหลออกจากอ่างเก็บน้ำ การไหลเข้าไหลออกจากอ่างของน้ำต้องควบคุมให้ไหลผ่านกังหันน้ำที่เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เมื่อกังหันน้ำหมุนก็จะได้ไฟฟ้าออกมาใช้งาน
พลังงานความร้อนจากมหาสมุทร หลักการของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากคลื่นทะเลก็ คือ การสร้างทุ่นด้วยภาชนะคล้ายถังคว่ำอยู่เหนือน้ำ ทำให้มีอากาศขังอยู่ข้างในเมื่อคลื่นทะเลซัดขึ้นก็จะอัดอากาศภายในให้ไหลผ่านลิ้นเปิดปิดไปหมุนกังหันหรือลูกสูบ เมื่อคลื่นยุบตัวลงอากาศภายนอกจะดันเข้าผ่านลิ้นดันกังหันหรือลูกสูบกลับลงมาอีกครั้ง ก้านของกังหันหรือลูกสูบจะทำหน้าที่หมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าต่อไป นอกจากนี้ยังมีความสนใจที่จะนำเอาพลังงานศักย์ของทะเล คือ ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างผิวน้ำที่อยู่ลึกลงไปมาผลิตพลังงานไฟฟ้าด้วย โดยการดูดน้ำอุ่นบริเวณผิวน้ำมาทำให้สารระเหยง่ายนี้ไปหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า จากนั้นก็ควบแน่นให้กลับเป็นของเหลวอีกคล้ายกับการทำงานของตู้เย็น
พลังงานคลื่น คลื่นในทะเลและมหาสมุทรโดยปกติเกิดจากลม แต่ในบางกรณีเกิดจากการเคลื่อนไหวของเปลือกโลก เช่น แผ่นดินไหวและอื่นๆ ได้มีความพยายามจะดึงเอาพลังงานคลื่นมาใช้ รูปแบบของเทคโนโลยีที่ใช้พลังงานจากคลื่น เช่น สถานีไฟฟ้าพลังงานคลื่นของไกเซอร์ซึ่งมีลักษณะเป็นสถานีสร้างยึดกับพื้นทะเลบริเวณน้ำตื้น และใช้พลังงานจากคลื่นไปสร้างพลังงานไฮโดรลิคเพื่อนำไปหมุนใบพัดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ส่วนเทคนิคแบบอื่นๆ เช่น “เป็ดของซอลเตอร์” แพชุด เอชอาร์เอส เร็คติไฟเออร์ และทุ่นความดันรอบวงแหวน เป็นเทคโนโลยีที่มีลักษณะเป็นแพหรือทุ่น แล้วพยายามดูดขับพลังงานจากคลื่นมาสะสมแล้วนำไปขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอีกต่อหนึ่ง

ข้อดี คือ เป็นพลังงานหมุนเวียนที่ใช้แล้วไม่หมด น้ำนี้เมื่อใช้ปั่นไฟแล้วยังเอาไปใช้ในการเกษตรได้ และเมื่อระเหยกลายเป็นไอก็รวมตัวกันเป็นเมฆ และกลายเป็นฝนตกกลับลงมาเป็นน้ำในเขื่อนให้ใช้ปั่นไฟได้อีก

ข้อเสีย คือ ในการสร้างเขื่อนเก็บกักน้ำเพื่อปั่นไฟนั้นมักสูญเสียพื้นที่ป่าไม้ ซึ่งนับวันจะร่อยหรอลงไปทุกที และทำให้สัตว์ป่าต้องอพยพหนีน้ำท่วมบางชนิดอาจสูญพันธุ์ไปจากโลกก็ได้รวมทั้งชีวิตความเป็นอยู่ของคนท้องถิ่นก็ต้องเปลี่ยน