ไฟฟ้า ทั่วโลกมีโรงไฟฟ้าพลังน้ำผลิตไฟฟ้าได้ประมาณ 24 เปอร์เซ็นต์ของโลก และจ่ายไฟให้กับผู้คนมากกว่า 1 พันล้านคน โรงไฟฟ้าพลังน้ำของโลกผลิตไฟฟ้ารวมกันได้ 675,000 เมกะวัตต์ ซึ่งเทียบเท่ากับพลังงาน น้ำมัน 3.6 พันล้านบาร์เรลตามรายงานของห้องปฏิบัติการพลังงานทดแทนแห่งชาติ มีโรงไฟฟ้าพลังน้ำมากกว่า 2,000 โรงที่ดำเนินการในสหรัฐอเมริกา ทำให้ไฟฟ้าพลังน้ำ เป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่ใหญ่ที่สุดของประเทศ
ในบทความนี้เราจะมาดูกันว่าน้ำที่ตกลงมาสร้างพลังงานได้อย่างไร และเรียนรู้เกี่ยวกับวัฏจักรอุทกวิทยาที่สร้างการไหลของน้ำ ที่จำเป็นต่อการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำ คุณยังจะได้เห็นการประยุกต์ของไฟฟ้าพลังน้ำที่ไม่เหมือนใคร ซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อชีวิตประจำวันของคุณ พลังแห่งน้ำเมื่อมองดูแม่น้ำไหลผ่าน ยากที่จะจินตนาการถึงพลังที่แบกรับ หากคุณเคยล่องแก่งมาก่อน คุณจะรู้สึกถึงพลังของแม่น้ำเพียงส่วนน้อย แก่งน้ำที่ไหลเชี่ยวก่อตัวเป็นสายน้ำซึ่งพัดพาน้ำปริมาณมหาศาล
ซึ่งไหลลงมาตามเนินผ่านทางแคบๆ เมื่อแม่น้ำถูกบีบให้ไหลผ่านช่องนี้ การไหลก็เร็วขึ้นน้ำท่วมเป็นอีกตัวอย่างหนึ่ง ของพลังน้ำปริมาณมหาศาลที่สามารถมีได้ โรงไฟฟ้าพลังน้ำเป็นประโยชน์และใช้กลไกง่ายๆ ในการแปลงพลังงานให้เป็นไฟฟ้า โรงไฟฟ้าพลังน้ำมีพื้นฐานมาจากแนวคิดที่ค่อนข้างเรียบง่าย นั่นคือน้ำที่ไหลผ่านเขื่อนจะเปลี่ยนกังหัน ซึ่งจะเปลี่ยนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า นี่คือส่วนประกอบพื้นฐานของโรงไฟฟ้าพลังน้ำทั่วไป
โรงไฟฟ้าพลังน้ำส่วนใหญ่ใช้เขื่อนกักเก็บน้ำทำให้เกิดอ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่ บ่อยครั้งที่อ่างเก็บน้ำแห่งนี้ถูกใช้เป็นทะเลสาบ เพื่อการพักผ่อนหย่อนใจ เช่น ทะเลสาบรูสเวลต์ที่เขื่อนแกรนด์คูลีในรัฐวอชิงตัน Intake ประตูบนเขื่อนเปิดออกและแรงโน้มถ่วงดึงน้ำผ่านท่อนำน้ำเข้าเครื่องกังหันน้ำ ซึ่งเป็นท่อที่นำไปสู่กังหัน น้ำสร้างแรงดันเมื่อไหลผ่านท่อนี้ Turbine น้ำกระทบและหมุนใบพัดขนาดใหญ่ของกังหัน ซึ่งติดอยู่กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าด้านบนโดยใช้เพลา
ประเภทของกังหันที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับโรงไฟฟ้าพลังน้ำคือฟรานซิสเทอร์ไบน์ ซึ่งมีลักษณะเหมือนจานขนาดใหญ่ที่มีใบมีดโค้ง กังหันสามารถรับน้ำหนักได้มากถึง 172 ตัน และหมุนด้วยความเร็ว 90 รอบต่อนาที rpm ตามข้อมูลของ มูลนิธิเพื่อการศึกษาด้านน้ำและพลังงาน FWEE เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ขณะที่ใบพัดกังหันหมุน ชุดแม่เหล็กภายในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าก็เช่นกัน แม่เหล็กยักษ์หมุนผ่านขดลวดทองแดง ทำให้เกิดไฟฟ้ากระแสสลับ AC โดยการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน
คุณจะได้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในภายหลัง หม้อแปลงไฟฟ้า หม้อแปลงภายในโรงไฟฟ้ารับไฟฟ้ากระแสสลับ และแปลงเป็นกระแสไฟฟ้าแรงสูง สายไฟ จากโรงไฟฟ้าทุกแห่งจะมีสายไฟ 4 สาย ไฟฟ้าสามเฟสที่ผลิตพร้อมกันบวกกับสายกลาง หรือสายดินทั่วไปสำหรับทั้ง 3 สาย การไหลออก น้ำที่ใช้แล้วจะถูกส่งผ่านท่อที่เรียกว่าทางนํ้าทิ้ง และกลับเข้าสู่แม่น้ำที่ปลายน้ำ
น้ำในอ่างเก็บน้ำถือเป็นพลังงานที่เก็บไว้ เมื่อประตูเปิดออกน้ำที่ไหลผ่านคอกจะกลายเป็นพลังงานจลน์เพราะมันเคลื่อนไหว ปริมาณไฟฟ้าที่ผลิตได้จากหลายปัจจัย ปัจจัย 2 ประการคือปริมาณการไหลของน้ำ และปริมาณของหัวไฮดรอลิก หัวไฮดรอลิกหมายถึงระยะห่างระหว่างผิวน้ำกับกังหัน เมื่อส่วนหัวและการไหลเพิ่มขึ้น กระแสไฟฟ้าก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน หัวไฮดรอลิกมักจะขึ้นอยู่กับปริมาณน้ำในอ่างเก็บน้ำ
จุดเริ่มต้นง่ายๆการใช้ไฟฟ้าพลังน้ำถึงจุดสูงสุด ในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 แต่แนวคิดเรื่องการใช้น้ำเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้านั้นย้อนกลับไปนับพันปี โรงไฟฟ้าพลังน้ำนั้นเป็นกังหันน้ำขนาดใหญ่กว่า 2,000 ปีที่แล้ว กล่าวกันว่าชาวกรีกใช้กังหันน้ำในการบดข้าวสาลีให้เป็นแป้ง กังหันน้ำโบราณเหล่านี้เป็นเหมือนกังหันในปัจจุบัน หมุนขณะที่กระแสน้ำกระทบใบพัด ฟันเฟืองบดข้าวสาลีให้เป็นแป้ง โรงสูบเก็บมีโรงไฟฟ้าพลังน้ำอีกประเภทหนึ่ง เรียกว่าโรงกักเก็บแบบสูบกลับ
ในโรงไฟฟ้าพลังน้ำทั่วไป น้ำจากอ่างเก็บน้ำจะไหลผ่านโรงงาน ไหลออกและไหลลงสู่ลำธาร โรงเก็บแบบสูบมีอ่างเก็บน้ำ 2 แห่ง อ่างเก็บน้ำตอนบน เช่นเดียวกับโรงไฟฟ้าพลังน้ำทั่วไป เขื่อนสร้างอ่างเก็บน้ำ น้ำในอ่างเก็บน้ำนี้ไหลผ่านโรงไฟฟ้าพลังน้ำเพื่อผลิตกระแส ไฟฟ้า อ่างเก็บน้ำตอนล่าง น้ำที่ออกจากโรงไฟฟ้าพลังน้ำไหลลงสู่อ่างเก็บน้ำด้านล่าง แทนที่จะไหลกลับเข้าสู่แม่น้ำและไหลลงสู่ลำน้ำ โรงงานสามารถสูบน้ำกลับไปที่อ่างเก็บน้ำด้านบน
โดยใช้กังหันแบบหมุนกลับได้ สิ่งนี้ทำในชั่วโมงเร่งด่วนโดยพื้นฐานแล้วอ่างเก็บน้ำที่ 2 จะเติมอ่างเก็บน้ำด้านบน ด้วยการสูบน้ำกลับไปที่อ่างเก็บน้ำด้านบน ทำให้โรงงานมีน้ำมากขึ้นเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า ในช่วงที่มีการใช้ไฟฟ้าสูงสุด เครื่องกำเนิดไฟฟ้า หัวใจของโรงไฟฟ้าพลังน้ำคือเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โรงไฟฟ้าพลังน้ำส่วนใหญ่มีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหลายเครื่อง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าอย่างที่คุณอาจเดาได้ว่าสร้างกระแสไฟฟ้า กระบวนการพื้นฐานในการผลิตกระแสไฟฟ้า
ซึ่งนี่คือการหมุนชุดแม่เหล็กภายในขดลวด ซึ่งได้เคลื่อนอิเล็กตรอนในการสร้างกระแสไฟฟ้า เขื่อนฮูเวอร์มีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั้งหมด 17 เครื่อง ซึ่งแต่ละเครื่องสามารถผลิตไฟฟ้าได้มากถึง 133 เมกะวัตต์กำลังการผลิตรวมของโรงไฟฟ้าพลังน้ำเขื่อนฮูเวอร์คือ 2,074 เมกะวัตต์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแต่ละเครื่องประกอบด้วยชิ้นส่วนพื้นฐานบางอย่าง เพลา ตัวกระตุ้น โรเตอร์ สเตเตอร์ เมื่อกังหันหมุนตัวกระตุ้นจะส่งกระแสไฟฟ้าไปยังโรเตอร์
โรเตอร์เป็นชุดของแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดใหญ่ ที่หมุนอยู่ภายในขดลวดทองแดงที่พันกันแน่นเรียกว่าสเตเตอร์ สนามแม่เหล็กระหว่างขดลวดและแม่เหล็กจะสร้างกระแสไฟฟ้า ในเขื่อนฮูเวอร์กระแส 16,500 แอมป์เคลื่อนจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไปยังหม้อแปลงไฟฟ้า ซึ่งกระแสจะพุ่งสูงถึง 230,000 แอมป์ก่อนที่จะส่ง วงจรอุทกวิทยา โรงไฟฟ้าพลังน้ำใช้ประโยชน์จากกระบวนการ ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติและต่อเนื่อง ซึ่งเป็นกระบวนการที่ทำให้ฝนตกและแม่น้ำเพิ่มขึ้นทุกวัน
โลกของเราสูญเสียน้ำจำนวนเล็กน้อย ผ่านชั้นบรรยากาศเนื่องจากรังสีอัลตราไวโอเลต ทำให้โมเลกุลของน้ำแตกออกจากกัน แต่ในขณะเดียวกันน้ำใหม่ก็ถูกปล่อยออก มาจากส่วนในของโลกผ่านการระเบิดของภูเขาไฟ ปริมาณน้ำที่สร้างขึ้นและปริมาณน้ำที่สูญเสียจะใกล้เคียงกัน ณ เวลาใดเวลาหนึ่งปริมาตรน้ำทั้งหมดของโลกมีหลายรูปแบบ มันสามารถเป็นของเหลวได้เช่นเดียวกับในมหาสมุทร แม่น้ำและสายฝน แข็งเหมือนในธารน้ำแข็งหรือเป็นก๊าซ
เช่นในไอน้ำที่มองไม่เห็นในอากาศ สถานะการเปลี่ยนแปลงของน้ำเมื่อมันเคลื่อนที่ไปรอบโลกโดยกระแสลม กระแสลมเกิดจากความร้อนของดวงอาทิตย์ วัฏจักรของกระแสลมถูกสร้างขึ้น โดยดวงอาทิตย์ที่ส่องแสงบริเวณเส้นศูนย์สูตรมากกว่าบริเวณอื่นของโลก วัฏจักรของกระแสลมขับเคลื่อนแหล่งจ่ายน้ำของโลก ผ่านวัฏจักรของมันเองเรียกว่าวัฏจักรอุทกวิทยา เมื่อดวงอาทิตย์ให้ความร้อนแก่น้ำที่เป็นของเหลว น้ำจะระเหยกลายเป็นไอในอากาศ
ดวงอาทิตย์ทำให้อากาศร้อนขึ้นทำให้อากาศในชั้นบรรยากาศสูงขึ้น อากาศจะเย็นขึ้นเมื่ออยู่สูงขึ้นไป เมื่อไอน้ำลอยตัวขึ้นก็จะเย็นตัวลงและควบแน่นเป็นหยดน้ำ เมื่อละอองน้ำสะสมในบริเวณใดบริเวณหนึ่งมากพอ ละอองน้ำนั้นอาจหนักพอที่จะตกลงมายังโลกเป็นหยาดน้ำฟ้า วัฏจักรอุทกวิทยามีความสำคัญต่อโรงไฟฟ้าพลังน้ำ เพราะขึ้นอยู่กับการไหลของน้ำ ถ้าไม่มีฝนใกล้โรงงานน้ำจะไม่เก็บต้นน้ำเมื่อไม่มีน้ำสะสมในลำธาร น้ำจึงไหลผ่านโรงไฟฟ้าพลังน้ำน้อยลงรวมถึงผลิตไฟฟ้าได้น้อยลง
บทความที่น่าสนใจ : ภูเขาน้ำแข็ง ทำความเข้าใจเกี่ยวกับพื้นฐานและวงจรของภูเขาน้ำแข็ง
