พลังน้ำ

คุณผลิตไฟฟ้าให้ทั้งเมืองได้แค่ด้วยน้ำไหม?

มีแหล่งพลังงานหมุนเวียนหนึ่งที่ทรงพลังกว่าแหล่งอื่นทั้งหมด และผลิตไฟฟ้าได้มากกว่าทั้งลมและแสงอาทิตย์ ^[1,2,3]. มันเรียกว่าพลังน้ำ และใช้การเคลื่อนที่ของน้ำเพื่อผลิตพลังงานมหาศาล.

ตอนนี้การเปลี่ยนผ่านด้านพลังงานกำลังเดินหน้าเต็มที่ พลังน้ำจึงมีศักยภาพมหาศาล ^[3,4,5]. ขณะที่พลังงานลมและแสงอาทิตย์พุ่งไปข้างหน้า การไปให้ถึงสุทธิเป็นศูนย์ภายในปี 2050 ก็ต้องเร่งพัฒนาพลังน้ำในระดับเดียวกัน ^[5-9].

แล้วเทคโนโลยีนี้มีความก้าวหน้าใหม่ ๆ อะไรบ้าง และเราจะปลดปล่อยพลังที่แท้จริงของมันได้อย่างไร?

ตั้งแต่รุ่งอรุณของอารยธรรม มนุษย์ก็รู้ว่าน้ำคือพลัง. หากย้อนกลับไป 2,000 ปีสู่กรีกโบราณ คุณจะเห็นว่าท่ามกลางภูเขาสวยงามและทุ่งหญ้าแดดจ้า ชาวกรีกใช้กังหันน้ำบดข้าวสาลีเป็นแป้งกันแล้ว ^[10,11,12].

ต่อมาชาวโรมันทำให้กระบวนการนี้เป็นอุตสาหกรรม ด้วยการสร้างโรงงานผลิตสุดน่าทึ่งที่ Barbegal ทางตอนใต้ของฝรั่งเศส ^[13-18]. นักโบราณคดีเชื่อว่าที่นั่นบดแป้งได้มากถึง 25 ตันเมตริก ^[16,17] ต่อวัน ด้วยโรงสีพลังน้ำ 16 แห่ง เพียงพอจะเลี้ยงคนทั้งเมือง Arles ที่อยู่ใกล้เคียง ^[11,16,18].

ตลอดหลายศตวรรษ มนุษย์ยังคงหาวิธีใหม่ ๆ เพื่อใช้ประโยชน์จากพลังน้ำ. ทุกวันนี้ พลังน้ำผลิตไฟฟ้าราว 14% ของทั้งโลก ^[1,2] เป็นรองแค่ถ่านหินและก๊าซฟอสซิล.

แต่มันทำงานอย่างไร? โรงไฟฟ้าพลังน้ำมีอยู่ 3 ประเภทหลัก ^[19]:

ประเภทที่ 1: อ่างเก็บน้ำ.

แบบที่พบบ่อยที่สุดใช้เขื่อนขนาดใหญ่กั้นแม่น้ำ เพื่อสร้างอ่างเก็บน้ำที่อยู่สูงกว่าส่วนอื่นของแม่น้ำ. เมื่อไรก็ได้ที่ต้องการพลังงาน น้ำจากอ่างเก็บน้ำด้านบนจะถูกปล่อยให้ไหลลงไปตามลำน้ำ. ด้วยความต่างระดับ น้ำที่ไหลจะหมุนกังหันหลายตัวซึ่งติดตั้งอยู่ด้านล่างและเชื่อมกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ^[19]. แค่นี้ เครื่องกำเนิดก็ผลิตไฟฟ้าได้แล้ว!

แต่การสร้างอ่างเก็บน้ำเป็นโครงการใหญ่ ที่ท่วมพื้นที่และตัดขาดการไหลตามธรรมชาติของแม่น้ำ ^[20]. แต่ยังมีอีกทางเลือกหนึ่ง…

ประเภทที่ 2: แบบไหล-ตามลำน้ำ.

ระบบเรียบง่ายนี้ใช้กันทั่วโลก และทำงานได้ทั้งมีหรือไม่มีเขื่อน. พูดง่าย ๆ คือ เมื่อน้ำในแม่น้ำไหลลงเนินตามธรรมชาติ คุณก็สร้างทางผันน้ำเล็ก ๆ - วิธีนี้ น้ำส่วนหนึ่งจากแม่น้ำจะถูกส่งผ่านคลอง. จากนั้นน้ำในคลองจะไหลลงท่อ หมุนกังหัน แล้วปิ๊ง: ได้ไฟฟ้า! ^[19,20]

แต่พลังน้ำจะเป็นไปได้ไหมถ้าไม่มีแม่น้ำอยู่ใกล้ ๆ? ได้สิ…

ประเภทที่ 3: การกักเก็บพลังงานแบบสูบกลับ.

ที่นี่เรามีอ่างเก็บน้ำสองแห่ง แห่งหนึ่งอยู่ต่ำ อีกแห่งอยู่สูงกว่า. ระบบนี้ใช้ร่วมกับแหล่งพลังงานหมุนเวียนอื่นได้ เช่น พลังงานแสงอาทิตย์.

ในตอนกลางวันเมื่อแดดออก แผงโซลาร์อาจผลิตไฟฟ้าเกินความต้องการ. ปกติไฟฟ้าส่วนเกินนี้จะสูญเปล่า แต่ถ้าส่งมันไปใช้เดินปั๊มได้ คุณก็สูบน้ำขึ้นไปยังอ่างเก็บน้ำด้านบนได้ ^[19-23].

ตอนกลางคืน เมื่อไม่มีแสงอาทิตย์และความต้องการไฟฟ้ามักสูงกว่า น้ำก็ปล่อยจากอ่างเก็บน้ำด้านบนไปหมุนกังหันและผลิตไฟฟ้าได้ตามต้องการ.

มันเหมือนแบตเตอรี่น้ำขนาดยักษ์ที่ชาร์จใหม่ได้. จริง ๆ แล้ว ระบบพลังน้ำแบบสูบกลับเหล่านี้คิดเป็นกว่า 90% ของการกักเก็บพลังงานระยะยาวทั่วโลก ^[5,22].

ระบบพลังน้ำไม่จำเป็นต้องก่อสร้างขนาดมหึมาเสมอไป. มันอาจเล็กกว่านั้นมาก และติดตั้งได้แม้แต่ในสวนหลังบ้านคุณ. สิ่งที่ต้องมีคือความต่างระดับ และน้ำที่ตกลงมาในปริมาณมากพอ ^[24]. และอย่าให้ขนาดหลอกคุณ! ระบบเล็ก ๆ ในท้องถิ่นก็ผลิตไฟฟ้าพอสำหรับหมู่บ้านเล็ก ๆ ได้ ^[19,25,26].

แล้วพลังน้ำช่วยนำทางเราไปสู่สุทธิเป็นศูนย์ได้ไหม?

น่าเสียดายที่พลังน้ำไม่ได้ราบรื่นไปทุกอย่าง: มันมีอุปสรรคอยู่บ้าง ^[27,28].

ปัญหาแรกคือเรื่องสังคม: โครงการก่อสร้างเหล่านี้อาจทำให้ชุมชนต้องย้ายถิ่น. จริง ๆ แล้ว สำหรับเขื่อนอ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่ คนหลายแสนคนอาจต้องออกจากบ้านและย้ายไปอยู่ที่อื่น ^[29-32].

ปัญหาที่สองคือสิ่งแวดล้อม: หากวางแผนไม่ดี เขื่อนอาจสร้างความเสียหายมหาศาลต่อสิ่งแวดล้อมรอบข้างและสัตว์ป่าที่อาศัยอยู่ที่นั่น ^[33-36].

แต่หากใช้แนวทางที่ถูกต้องและมีนวัตกรรม พลังน้ำก็มีบทบาทสำคัญในการลดการปล่อย CO₂ ได้ ^[27,37]. มีการเสนอทางออกไว้: ^[38,39]

ตัวอย่างเช่น การปรึกษาชุมชนท้องถิ่นทำให้พวกเขามีสิทธิ์มีเสียงในการตัดสินใจ เพื่อให้ได้รับประโยชน์จากโครงการโดยตรง ^[40,41].

ต้องนำการประเมินผลกระทบสิ่งแวดล้อม หรือ EIA มาใช้ด้วย เพื่อลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมรอบข้าง ^[42,43,44].

ผู้เชี่ยวชาญยังกำลังพัฒนาเทคโนโลยีที่ดีกว่า เช่น บันไดปลาและกังหันที่ปลอดภัย-ต่อปลา ^[45,46,47].

โลกดูเหมือนลืมพลังน้ำไปแล้ว แต่มันเหมือนยักษ์หลับ ที่ศักยภาพส่วนใหญ่ทั่วโลกยังไม่ได้ถูกใช้. ก็ดีเหมือนกัน. คาดว่าต้องเพิ่มกำลังการผลิตพลังน้ำทั่วโลกเป็นสองเท่า เพื่อให้บรรลุสุทธิเป็นศูนย์ภายในปี 2050 ^[5,6].

เมื่อพลังงานลมและแสงอาทิตย์เติบโต การขยายการกักเก็บพลังงานพลังน้ำแบบสูบกลับก็จำเป็นเช่นกัน เพื่อรองรับแหล่งพลังงานที่มา ๆ หาย ๆ เหล่านี้ ^[5,22,23].

หากวางแผนอย่างรับผิดชอบ พลังน้ำสามารถนำการเปลี่ยนผ่านออกจากเชื้อเพลิงฟอสซิลได้ เพราะมันทรงพลัง เชื่อถือได้ และผลิตได้ตามต้องการ.