วิกิพีเดียภาษาไทย
กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 14 นาที

พลังงานไฟฟ้าพลังน้ำ

พลังงานน้ำหรือพลังงานไฟฟ้าพลังน้ำคือไฟฟ้าที่ผลิตจากพลังน้ำ พลังงานน้ำเป็นแหล่ง ผลิตไฟฟ้า 15% ของโลกคิดเป็นเกือบ 4,210 TWhในปี 2023 ซึ่งมากกว่าแหล่งพลังงานหมุนเวียน อื่นๆ รวมกัน...

พลังงานไฟฟ้าพลังน้ำ

เขื่อนสามหุบเขาในภาคกลางของจีนเป็นโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่สุดในโลก ไม่ว่าจะเป็นประเภทใดก็ตาม

พลังงานน้ำหรือพลังงานไฟฟ้าพลังน้ำคือไฟฟ้าที่ผลิตจากพลังน้ำ พลังงานน้ำเป็นแหล่ง ผลิตไฟฟ้า 15% ของโลกคิดเป็นเกือบ 4,210 TWhในปี 2023 [ 1 ]ซึ่งมากกว่าแหล่งพลังงานหมุนเวียน อื่นๆ รวมกัน และมากกว่าพลังงานนิวเคลียร์ด้วย[ 2 ] พลังงานน้ำสามารถผลิต ไฟฟ้าคาร์บอนต่ำได้ในปริมาณมากตามความต้องการ ทำให้เป็นองค์ประกอบสำคัญในการสร้างระบบจ่ายไฟฟ้าที่ปลอดภัยและสะอาด[ 2 ]โรงไฟฟ้าพลังน้ำที่มีเขื่อนและอ่างเก็บน้ำเป็นแหล่งพลังงานที่ยืดหยุ่น เนื่องจากปริมาณไฟฟ้าที่ผลิตได้สามารถเพิ่มหรือลดลงได้ในเวลาไม่กี่วินาทีหรือนาทีเพื่อตอบสนองต่อความต้องการไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงไป เมื่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำแล้ว จะไม่ก่อให้เกิดของเสียโดยตรง และเกือบทุกครั้งจะปล่อยก๊าซเรือนกระจก น้อย กว่าโรงไฟฟ้าพลังงานฟอสซิล มาก [ 3 ]อย่างไรก็ตาม เมื่อสร้างใน พื้นที่ ป่าฝนที่ราบ ต่ำ ซึ่งส่วนหนึ่งของป่าถูกน้ำท่วม อาจมีการปล่อยก๊าซเรือนกระจกในปริมาณมาก[ 4 ] 

การก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำอาจส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งการสูญเสียพื้นที่เพาะปลูกและการอพยพของประชากร[ 5 ] [ 6 ] นอกจากนี้ยังรบกวนระบบนิเวศตามธรรมชาติของแม่น้ำที่เกี่ยวข้อง ส่งผลกระทบต่อแหล่งที่อยู่ อาศัยและระบบนิเวศ รวมถึงรูปแบบการตกตะกอนและการกัดเซาะ แม้ว่าเขื่อนจะช่วยบรรเทาความเสี่ยงจากน้ำท่วมได้ แต่หากเขื่อนพังทลายก็อาจก่อให้เกิดหายนะได้

ในปี 2021 กำลังการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำที่ติดตั้งทั่วโลกสูงถึงเกือบ 1,400  GW ซึ่งสูงที่สุดในบรรดาเทคโนโลยีพลังงานหมุนเวียนทั้งหมด[ 7 ]พลังงานน้ำมีบทบาทสำคัญในประเทศต่างๆ เช่น บราซิล นอร์เวย์ และจีน[ 8 ]แต่ก็มีข้อจำกัดทางภูมิศาสตร์และปัญหาสิ่งแวดล้อม[ 9 ]พลังงานน้ำขึ้นน้ำลงสามารถนำมาใช้ในพื้นที่ชายฝั่งได้

จีนเพิ่ม กำลังการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำ 24 GW ในปี 2022 ซึ่งคิดเป็นเกือบสามในสี่ของกำลังการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำที่เพิ่มขึ้นทั่วโลก ยุโรปเพิ่มกำลังการผลิต 2  GW ซึ่งเป็นปริมาณมากที่สุดสำหรับภูมิภาคนี้ตั้งแต่ปี 1990 ในขณะเดียวกัน การผลิตไฟฟ้าพลังน้ำทั่วโลกเพิ่มขึ้น 70  TWh (เพิ่มขึ้น 2%) ในปี 2022 และยังคงเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่ใหญ่ที่สุด แซงหน้าเทคโนโลยีอื่นๆ ทั้งหมดรวมกัน[ 10 ]

ประวัติศาสตร์

พิพิธภัณฑ์โรงไฟฟ้าพลังน้ำ "ใต้เมือง" ในเมืองอูซิเซประเทศเซอร์เบียสร้างขึ้นในปี พ.ศ. 2443 [ 11 ]

การใช้พลังงานน้ำและพลังงานกลเพื่อสร้างพลังงานกลสามารถสืบย้อนไปได้ถึง 202 ปีก่อนคริสตกาลในจีนโบราณและราชวงศ์ฮั่น[ 12 ] [ 13 ]ในช่วงปลายศตวรรษที่ 18 พลังงานน้ำเป็นแหล่งพลังงานที่จำเป็นสำหรับการเริ่มต้นการปฏิวัติอุตสาหกรรม[ 14 ]ในช่วงกลางทศวรรษที่ 1700 วิศวกรชาวฝรั่งเศสBernard Forest de Bélidorได้ตีพิมพ์Architecture Hydrauliqueซึ่งอธิบายถึงเครื่องจักรไฮดรอลิกแกนแนวตั้งและแนวนอน และในปี 1771 การผสมผสาน พลังงานน้ำของRichard Arkwrightเฟรมน้ำและการผลิตอย่างต่อเนื่องมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาระบบโรงงาน พร้อมด้วยแนวทางการจ้างงานที่ทันสมัย​​[ 15 ]ในช่วงทศวรรษที่ 1840 เครือข่ายพลังงานน้ำได้รับการพัฒนาเพื่อสร้างและส่งพลังงานน้ำไปยังผู้ใช้ปลายทาง

ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 เครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้รับการพัฒนาและสามารถเชื่อมต่อกับระบบไฮดรอลิกได้แล้ว [ 16 ]ความต้องการที่เพิ่มขึ้นอันเนื่องมาจากการปฏิวัติอุตสาหกรรมก็เป็นแรงผลักดันให้เกิดการพัฒนาเช่นกัน[ 17 ]ในปี 1878 โครงการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำแห่งแรกของโลกได้รับการพัฒนาขึ้นที่CragsideในNorthumberlandประเทศอังกฤษ โดยWilliam Armstrongซึ่งใช้ในการให้พลังงานแก่หลอดไฟอาร์ค เพียงดวงเดียว ในหอศิลป์ของเขา[ 18 ] โรงไฟฟ้า Schoelkopf หมายเลข 1ในสหรัฐอเมริกา ใกล้กับน้ำตกไนแอการาเริ่มผลิตไฟฟ้าในปี 1881 ในวันที่ 5 กันยายน 1882 เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ St. Anthony Falls บนแม่น้ำมิสซิสซิปปีได้ส่งพลังงานไปจุดหลอดไฟอาร์คตามแนวถนน Washington Avenue ในเมืองมินนิอาโปลิส รัฐมินนิโซตา[ 19 ]โรงไฟฟ้าพลังน้ำแห่งแรกของเอดิสัน คือ โรงไฟฟ้าวัลแคนสตรีท เริ่มดำเนินการเมื่อวันที่ 30 กันยายน พ.ศ. 2425 ในเมืองแอปเปิลตัน รัฐวิสคอนซินโดยมีกำลังการผลิตประมาณ 12.5 กิโลวัตต์[ 20 ]ภายในปี พ.ศ. 2429 มีโรงไฟฟ้าพลังน้ำ 45 แห่งในสหรัฐอเมริกาและแคนาดา และภายในปี พ.ศ. 2432 มีถึง 200 แห่งในสหรัฐอเมริกาเพียงประเทศเดียว[ 16 ]

โรง ผลิตไฟฟ้าพลังน้ำ ของปราสาทวอร์วิคซึ่งใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าสำหรับปราสาทตั้งแต่ปี 1894 จนถึงปี 1940

ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 บริษัทเอกชนหลายแห่งได้สร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็กจำนวนมากบนภูเขาใกล้กับเขตเมืองใหญ่ เมืองเกรโนเบิลประเทศฝรั่งเศส ได้จัดงานนิทรรศการพลังน้ำและการท่องเที่ยวนานาชาติ [ 21 ] โดยมีผู้เข้าชมมากกว่าหนึ่งล้านคนในปี 1925 เมื่อถึงปี 1920 พลังน้ำที่ผลิตได้ในสหรัฐอเมริกาคิดเป็นร้อยละ 40 ของพลังน้ำทั้งหมด จึงมีการออกกฎหมายFederal Power Act กฎหมายฉบับนี้ได้จัดตั้ง Federal Power Commissionเพื่อควบคุมโรงไฟฟ้าพลังน้ำบนที่ดินและผืนน้ำของรัฐบาลกลาง เมื่อโรงไฟฟ้ามีขนาดใหญ่ขึ้น เขื่อนที่เกี่ยวข้องก็ได้รับการพัฒนาเพื่อวัตถุประสงค์เพิ่มเติม เช่นการควบคุมน้ำท่วมการชลประทานและการเดินเรือเงินทุนจากรัฐบาลกลางจึงมีความจำเป็นสำหรับการพัฒนาขนาดใหญ่ และมีการจัดตั้งบริษัทที่รัฐบาลกลางเป็นเจ้าของ เช่นTennessee Valley Authority (1933) และBonneville Power Administration (1937) [ 17 ]นอกจากนี้สำนักงานการชลประทานซึ่งได้เริ่มโครงการชลประทานทางตะวันตกของสหรัฐฯ หลายโครงการในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 กำลังก่อสร้างโครงการไฟฟ้าพลังน้ำขนาดใหญ่ เช่นเขื่อนฮูเวอร์ใน ปี 1928 [ 22 ]กองทัพบกสหรัฐฯก็มีส่วนร่วมในการพัฒนาพลังงานไฟฟ้าพลังน้ำเช่นกัน โดยสร้างเขื่อนบอนเนวิลล์ เสร็จสมบูรณ์ ในปี 1937 และได้รับการยอมรับจากพระราชบัญญัติควบคุมน้ำท่วมปี 1936ให้เป็นหน่วยงานควบคุมน้ำท่วมของรัฐบาลกลางชั้นนำ[ 23 ]

โรงไฟฟ้าพลังน้ำมีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ ตลอดศตวรรษที่ 20 พลังงานน้ำถูกเรียกว่า "ถ่านหินขาว" [ 24 ] โรงไฟฟ้าพลังน้ำ แห่งแรกของเขื่อนฮูเวอร์ที่ มีกำลังการผลิต 1,345 เมกะวัตต์ถือเป็นโรงไฟฟ้าพลังน้ำที่ใหญ่ที่สุดในโลกในปี 1936 แต่ถูกแซงหน้าโดยเขื่อนแกรนด์คูเลที่มี กำลังการผลิต 6,809 เมกะวัตต์ ในปี 1942 [ 25 ]เขื่อนอิไตปูเปิดใช้งานในปี 1984 ในอเมริกาใต้ในฐานะเขื่อนที่ใหญ่ที่สุด โดยผลิต พลังงานได้ 14 กิกะวัตต์แต่ถูกแซงหน้าในปี 2008 โดยเขื่อนสามหุบเขาในประเทศจีนที่มี กำลัง การผลิต 22.5 กิกะวัตต์ในที่สุดพลังงานน้ำก็สามารถจัดหาไฟฟ้าให้กับบางประเทศ รวมถึงนอร์เวย์สาธารณรัฐประชาธิปไตยคองโกปารากวัยและบราซิลได้มากกว่า 85% ของความต้องการไฟฟ้าทั้งหมด

ศักยภาพในอนาคต

ในปี 2021 องค์การพลังงานระหว่างประเทศ (IEA) กล่าวว่าจำเป็นต้องใช้ความพยายามมากขึ้นเพื่อช่วยจำกัดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ [ 26 ] บางประเทศพัฒนาศักยภาพพลังงานน้ำได้สูงมากและมีพื้นที่สำหรับการเติบโตน้อยมาก: สวิตเซอร์แลนด์ผลิตได้ 88% ของศักยภาพ และเม็กซิโก 80% [ 27 ]ในปี 2022 IEA ได้เผยแพร่การคาดการณ์กรณีหลักเกี่ยวกับการเพิ่มขึ้น 141  GW ที่ผลิตจากพลังงานน้ำในช่วงปี 2022–2027 ซึ่งต่ำกว่าการเพิ่มขึ้นที่ทำได้ในช่วงปี 2017–2022 เล็กน้อย เนื่องจากระยะเวลาในการขออนุญาตด้านสิ่งแวดล้อมและการก่อสร้างนั้นยาวนาน พวกเขาจึงประเมินว่าการเพิ่มขึ้นของพลังงานน้ำจะยังคงมีจำกัด โดยคาดว่าจะเพิ่มขึ้นได้เพียง 40  GW เท่านั้นในกรณีเร่งด่วน[ 7 ]

การปรับปรุงโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่ให้ทันสมัย

ในปี 2021 IEA กล่าวว่าจำเป็นต้องมีการปรับปรุงครั้งใหญ่เพื่อยกระดับให้ทันสมัย​​[ 2 ] : 67

วิธีการสร้าง

ภาพตัดขวางของเขื่อนไฟฟ้าพลังน้ำแบบดั้งเดิม
สูบน้ำเก็บกัก
รันออฟเดอะริเวอร์
กระแสน้ำขึ้นน้ำลง

เขื่อนแบบดั้งเดิม

พลังงานไฟฟ้าพลังน้ำส่วนใหญ่มาจากพลังงานศักยภาพของน้ำที่ถูกกั้นไว้ ซึ่งขับเคลื่อน กังหันน้ำและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังงานที่สกัดจากน้ำขึ้นอยู่กับปริมาตรและความแตกต่างของระดับความสูงระหว่างแหล่งกำเนิดและการไหลออกของน้ำ ความแตกต่างของระดับความสูงนี้เรียกว่าหัวน้ำท่อขนาดใหญ่ (" ท่อส่งน้ำ ") จะส่งน้ำจากอ่างเก็บน้ำไปยังกังหัน[ 28 ]

สูบน้ำเก็บกัก

วิธีนี้ผลิตกระแสไฟฟ้าเพื่อจ่ายความต้องการสูงสุดโดยการเคลื่อนย้ายน้ำระหว่างอ่างเก็บน้ำที่ระดับความสูงต่างกัน ในช่วงเวลาที่ความต้องการไฟฟ้าต่ำ กำลังการผลิตส่วนเกินจะถูกนำไปใช้ในการสูบน้ำไปยังอ่างเก็บน้ำที่สูงกว่า จึงเป็นการตอบสนองต่อความต้องการ[ 2 ]เมื่อความต้องการเพิ่มมากขึ้น น้ำจะถูกปล่อยกลับไปยังอ่างเก็บน้ำที่ต่ำกว่าผ่านทางกังหัน ในปี 2021 โครงการกักเก็บพลังงานแบบสูบน้ำได้ให้พลังงานสำรอง ใน ระบบโครงข่ายไฟฟ้า  เกือบ 85% ของ 190 GW ทั่วโลก [ 2 ]และปรับปรุงปัจจัยกำลังการผลิต รายวัน ของระบบการผลิต การกักเก็บพลังงานแบบสูบน้ำไม่ใช่แหล่งพลังงาน และปรากฏเป็นตัวเลขติดลบในรายการ[ 29 ]

รันออฟเดอะริเวอร์

สถานีผลิตไฟฟ้าพลังน้ำแบบไหลผ่านลำน้ำ คือสถานีที่มีอ่างเก็บน้ำขนาดเล็กหรือไม่มีเลย ดังนั้นจึงมีเพียงน้ำที่ไหลมาจากต้นน้ำเท่านั้นที่สามารถนำมาใช้ผลิตไฟฟ้าได้ในขณะนั้น และน้ำส่วนเกินใดๆ ก็ตามจะต้องไหลผ่านไปโดยไม่ได้ใช้ประโยชน์ การมีน้ำอย่างต่อเนื่องจากทะเลสาบหรืออ่างเก็บน้ำที่มีอยู่แล้วทางต้นน้ำถือเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญในการเลือกสถานที่ตั้งสำหรับสถานีผลิตไฟฟ้าพลังน้ำแบบไหลผ่านลำน้ำ[ 30 ]

น้ำขึ้นน้ำลง

โรงไฟฟ้าพลังน้ำขึ้นน้ำลงใช้ประโยชน์จากการขึ้นและลงของน้ำทะเลในแต่ละวันอันเนื่องมาจากน้ำขึ้นน้ำลง แหล่งพลังงานดังกล่าวสามารถคาดการณ์ได้สูง และหากเงื่อนไขเอื้ออำนวยให้สร้างอ่างเก็บน้ำ ก็สามารถควบคุมการผลิตพลังงานในช่วงที่มีความต้องการสูงได้เช่นกัน โรงไฟฟ้าพลังน้ำประเภทอื่นๆ ที่พบได้น้อยกว่าจะใช้พลังงานจลน์ ของน้ำ หรือแหล่งพลังงานที่ไม่มีเขื่อนกั้น เช่นกังหานน้ำ ใต้ท้องเรือ พลังงานน้ำขึ้นน้ำลงมีความเป็นไปได้ในสถานที่เพียงไม่กี่แห่งทั่วโลก[ 31 ]

ท่อร้อยสายไฟ

สถานีผลิตไฟฟ้าพลัง น้ำแบบท่อส่งใช้พลังงานกลของน้ำเป็นส่วนหนึ่งของระบบส่งน้ำผ่านท่อส่งที่มนุษย์สร้างขึ้นเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า โดยทั่วไป ท่อส่งเหล่านี้คือท่อส่ง น้ำที่มีอยู่แล้ว เช่น ในระบบประปาสาธารณะ [ 32 ]บางคำจำกัดความขยายความหมายของท่อส่งให้รวมถึงอุโมงค์ คลอง หรือทางน้ำ ที่มีอยู่แล้ว ซึ่งใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในการส่งน้ำอื่นๆ นอกเหนือจากการผลิตกระแสไฟฟ้าเป็นหลัก[ 33 ] [ 34 ]

ขนาด ประเภท และกำลังการผลิตของโรงไฟฟ้าพลังน้ำ

การจำแนกประเภทของโรงไฟฟ้าพลังน้ำเริ่มต้นด้วยสองประเภทระดับสูงสุด: [ 35 ]

  • โรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็ก ( SHP ) และ
  • โรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดใหญ่ (LHP)

การจำแนกโรงไฟฟ้าเป็น SHP หรือ LHP นั้นขึ้นอยู่กับกำลังการผลิตที่ระบุ ไว้เป็นหลัก โดยเกณฑ์จะแตกต่างกันไปในแต่ละประเทศ แต่ไม่ว่าในกรณีใด โรงไฟฟ้าที่มีกำลังการผลิต 50  เมกะวัตต์ขึ้นไปจะถือว่าเป็น LHP [ 36 ]ตัวอย่างเช่น สำหรับประเทศจีน กำลังการผลิต SHP จะต่ำกว่า 25  เมกะวัตต์ สำหรับอินเดียจะต่ำกว่า 15  เมกะวัตต์ และสำหรับประเทศส่วนใหญ่ในยุโรปจะต่ำกว่า 10  เมกะวัตต์[ 37 ]

ประเภท SHP และ LHP ยังแบ่งย่อยออกเป็นหมวดหมู่ย่อยอีกมากมายที่ไม่แยกออกจากกันโดยสิ้นเชิง[ 36 ]ตัวอย่างเช่นโรงไฟฟ้าพลังน้ำหัวต่ำ ที่มี ระดับความดันน้ำเพียงไม่กี่เมตรถึงไม่กี่สิบเมตร สามารถจัดเป็น SHP หรือ LHP ก็ได้[ 38 ]ความแตกต่างอีกประการหนึ่งระหว่าง SHP และ LHP คือระดับการควบคุมการไหลของน้ำ โดยทั่วไป SHP จะใช้การปล่อยน้ำตามธรรมชาติเป็นหลักโดยมีการควบคุมน้อยมากเมื่อเทียบกับ LHP ดังนั้น คำว่า SHP จึงมักใช้เป็นคำพ้องความหมายสำหรับ โรง ไฟฟ้าพลังน้ำแบบไหลผ่าน[ 36 ]

สิ่งอำนวยความสะดวกขนาดใหญ่

โรงไฟฟ้าพลังน้ำเป็นแหล่งผลิตพลังงานที่ใหญ่ที่สุดในโลก โดยโรงไฟฟ้าพลังน้ำบางแห่งสามารถผลิตพลังงานได้มากกว่าสองเท่าของกำลังการผลิตติดตั้งของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่ใหญ่ที่สุด ใน ปัจจุบัน

แม้ว่าจะไม่มีคำจำกัดความอย่างเป็นทางการสำหรับช่วงกำลังการผลิตของโรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดใหญ่ แต่โดยทั่วไปแล้วโรงไฟฟ้าพลังน้ำที่มีกำลังการผลิตมากกว่าไม่กี่ร้อยเมกะวัตต์จะถือว่าเป็นโรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดใหญ่[ 39 ]

ปัจจุบันมีโรงงานที่มีกำลังการผลิตมากกว่า10 GW ( 10,000 MW ) เพียงเจ็ดแห่งทั่วโลกเท่านั้น ดูตารางด้านล่าง[ 40 ]

อันดับสถานีประเทศที่ตั้งกำลังการผลิต ( เมกะวัตต์ )
1.เขื่อนสามหุบเขาจีน30°49′15″N 111°00′08″E / 30.82083°N 111.00222°E / 30.82083; 111.00222 ( เขื่อนสามหุบเขา )22,500
2.เขื่อนไบเหอถานจีน27°13′23″N 102°54′11″E / 27.22306°N 102.90306°E / 27.22306; 102.90306 ( เขื่อนสามหุบเขา )16,000
3.เขื่อนอิไตปูบราซิลปารากวัย25°24′31″S 54°35′21″W / 25.40861°S 54.58917°W / -25.40861; -54.58917 ( เขื่อนอิไตปู )14,000
4.เขื่อนซีหลัวตู้จีน28°15′35″เหนือ103°38′58″E / 28.25972°N 103.64944°E / 28.25972; 103.64944 ( เขื่อนซีหลัวตู้ )13,860
5.เขื่อนเบโลมอนเตบราซิล03°06′57″S 51°47′45″W / 3.11583°S 51.79583°W / -3.11583; -51.79583 ( เขื่อนเบโล มอนเต )11,233
6.เขื่อนกูรีเวเนซุเอลา07°45′59″N 62°59′57″W / 7.76639°N 62.99917°W / 7.76639; -62.99917 ( กูริดำ )10,235
7.เขื่อนหวู่ตงเต๋อจีน26°20′2″N 102°37′48″E / 26.33389°N 102.63000°E / 26.33389; 102.63000 ( เขื่อนสามหุบเขา )10,200
ภาพมุมกว้างของเขื่อนอิตาอิปูโดยมีทางระบายน้ำล้น (ปิดอยู่ขณะถ่ายภาพ) อยู่ทางด้านซ้าย ในปี พ.ศ. 2537 สมาคมวิศวกรโยธาแห่งอเมริกาได้เลือกเขื่อนอิตาอิปูให้เป็นหนึ่งในเจ็ดสิ่งมหัศจรรย์ของโลกยุคใหม่ [ 41 ]

เล็ก

พลังน้ำขนาดเล็กคือพลังน้ำที่ผลิตได้ในระดับที่ให้บริการชุมชนขนาดเล็กหรือโรงงานอุตสาหกรรม คำจำกัดความของโครงการพลังน้ำขนาดเล็กนั้นแตกต่างกันไป แต่โดยทั่วไปแล้วกำลังการผลิตไม่เกิน 10 เมกะวัตต์ (MW) ถือเป็นขีดจำกัดสูงสุด ซึ่งอาจขยายไปถึง25 MWและ30 MWในแคนาดาและสหรัฐอเมริกา[ 42 ] [ 43 ]

โรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็กในเวียดนาม
โรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็กในจังหวัดมอนดุลคิรีประเทศกัมพูชา

สถานีพลังน้ำขนาดเล็กอาจเชื่อมต่อกับเครือข่ายการกระจายไฟฟ้าแบบดั้งเดิมเพื่อเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนต้นทุนต่ำ หรืออาจสร้างโครงการพลังน้ำขนาดเล็กในพื้นที่ห่างไกลซึ่งไม่คุ้มค่าที่จะให้บริการจากโครงข่ายไฟฟ้า หรือในพื้นที่ที่ไม่มีเครือข่ายการกระจายไฟฟ้าแห่งชาติ เนื่องจากโครงการพลังน้ำขนาดเล็กมักมีอ่างเก็บน้ำและงานก่อสร้างทางวิศวกรรมโยธาน้อย จึงถือว่ามีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับพลังน้ำขนาดใหญ่ ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่ลดลงนี้ขึ้นอยู่กับความสมดุลระหว่างการไหลของน้ำและการผลิตพลังงานเป็นอย่างมาก[ 44 ]

ไมโคร

ไมโครไฮโดร หมายถึง โรง ไฟฟ้าพลังน้ำที่โดยทั่วไปผลิตพลังงานได้สูงสุด100 กิโลวัตต์โรงไฟฟ้าเหล่านี้สามารถจ่ายพลังงานให้กับบ้านที่อยู่ห่างไกลหรือชุมชนขนาดเล็ก หรือบางครั้งก็เชื่อมต่อกับเครือข่ายไฟฟ้า มีโรงไฟฟ้าพลังน้ำเหล่านี้จำนวนมากทั่วโลก โดยเฉพาะในประเทศกำลังพัฒนา เนื่องจากสามารถเป็นแหล่งพลังงานที่ประหยัดโดยไม่ต้องซื้อเชื้อเพลิง[ 45 ]ระบบไมโครไฮโดรช่วยเสริม ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ แบบโฟโตโวลตาอิกเนื่องจากในหลายพื้นที่ การไหลของน้ำ และพลังงานน้ำที่มีอยู่ จะสูงที่สุดในฤดูหนาวเมื่อพลังงานแสงอาทิตย์อยู่ในระดับต่ำสุด

ปิโก้

ปิโกไฮโดร คือ การผลิต ไฟฟ้าพลังน้ำที่มีกำลังการผลิตต่ำกว่า5 กิโลวัตต์มีประโยชน์ในชุมชนขนาดเล็กและห่างไกลที่ต้องการไฟฟ้าเพียงเล็กน้อย ตัวอย่างเช่น โครงการปิโกไฮโดร ของกลุ่มพัฒนาเทคโนโลยีระดับกลางขนาด  1.1 กิโลวัตต์ในเคนยา สามารถจ่ายไฟให้กับบ้าน 57 หลังที่มีการใช้ไฟฟ้าน้อยมาก (เช่น ไฟสองสามดวงและที่ชาร์จโทรศัพท์ หรือทีวี/วิทยุขนาดเล็ก) [ 46 ]แม้แต่กังหันขนาดเล็กกว่า 200–300 วัตต์ ก็สามารถจ่ายไฟให้กับบ้านไม่กี่หลังในประเทศกำลังพัฒนาที่มีระดับความสูงต่างกันเพียง1 เมตร (3 ฟุต)การติดตั้งปิโกไฮโดรโดยทั่วไปจะเป็นแบบไหลตามลำน้ำหมายความว่าไม่ได้ใช้เขื่อน แต่ใช้ท่อในการเบี่ยงเบนกระแสน้ำบางส่วน ลดระดับลง และผ่านกังหันก่อนที่จะส่งกลับไปยังลำน้ำ   

ใต้ดิน

โรงไฟฟ้าใต้ดินโดยทั่วไปใช้ในโรงงานขนาดใหญ่ และใช้ประโยชน์จากความแตกต่างของระดับความสูงตามธรรมชาติระหว่างทางน้ำสองสาย เช่น น้ำตกหรือทะเลสาบบนภูเขา โดยจะสร้างอุโมงค์เพื่อนำน้ำจากอ่างเก็บน้ำที่อยู่สูงไปยังห้องผลิตไฟฟ้าที่สร้างไว้ในถ้ำใกล้จุดต่ำสุดของอุโมงค์น้ำ และมีทางระบายน้ำแนวนอนเพื่อนำน้ำออกไปยังทางน้ำด้านล่าง

การวัดอัตราการไหลของน้ำท้ายเขื่อนและน้ำหน้าเขื่อนที่โรงไฟฟ้าลิมสโตนในรัฐแมนิโทบาประเทศแคนาดา

การคำนวณกำลังไฟฟ้าที่ใช้ได้

สูตรอย่างง่ายสำหรับการประมาณปริมาณการผลิตพลังงานไฟฟ้าที่โรงไฟฟ้าพลังน้ำมีดังนี้:

พี=−η (ม˙จี Δชม.)=−η ((ρวี˙) จี Δชม.){\displaystyle P=-\eta \ ({\dot {m}}g\ \Delta h)=-\eta \ ((\rho {\dot {V}})\ g\ \Delta h)}

ที่ไหน

ประสิทธิภาพมักจะสูงกว่า (กล่าวคือ ใกล้เคียงกับ 1) เมื่อใช้กังหันน้ำขนาดใหญ่และทันสมัยกว่า การผลิตพลังงานไฟฟ้าประจำปีขึ้นอยู่กับปริมาณน้ำที่มีอยู่ ในบางโรงงาน อัตราการไหลของน้ำอาจแตกต่างกันได้ถึง 10 เท่าตลอดทั้งปี[ 47 ]

คุณสมบัติ

ข้อดี

โรงไฟฟ้าเฟสติเนียกสามารถผลิต กระแสไฟฟ้าได้ 360 เมกะวัตต์ภายใน 60 วินาทีหลังจากเกิดความต้องการใช้ไฟฟ้า

ความยืดหยุ่น

พลังงานน้ำเป็นแหล่งผลิตไฟฟ้าที่มีความยืดหยุ่น เนื่องจากสถานีสามารถเพิ่มและลดกำลังการผลิตได้อย่างรวดเร็วเพื่อปรับให้เข้ากับความต้องการพลังงานที่เปลี่ยนแปลงไป[ 40 ]กังหันน้ำมีเวลาเริ่มต้นทำงานเพียงไม่กี่นาที[ 48 ]แม้ว่าพลังงานจากแบตเตอรี่จะเร็วกว่า แต่ความจุของแบตเตอรี่นั้นน้อยมากเมื่อเทียบกับพลังงานน้ำ[ 2 ]การนำหน่วยผลิตไฟฟ้าพลังน้ำส่วนใหญ่จากสถานะเย็นไปสู่กำลังการผลิตเต็มที่ใช้เวลาน้อยกว่า 10 นาที ซึ่งเร็วกว่าพลังงานนิวเคลียร์และพลังงานจากเชื้อเพลิงฟอสซิลเกือบทั้งหมด[ 49 ]การผลิตพลังงานยังสามารถลดลงได้อย่างรวดเร็วเมื่อมีการผลิตพลังงานส่วนเกิน[ 50 ]ดังนั้น กำลังการผลิตที่จำกัดของหน่วยผลิตไฟฟ้าพลังน้ำจึงไม่ได้ถูกนำมาใช้เพื่อผลิตพลังงานพื้นฐานโดยทั่วไป ยกเว้นการระบายน้ำออกจากอ่างเก็บน้ำหรือตอบสนองความต้องการปลายน้ำ[ 51 ]แต่สามารถใช้เป็นแหล่งพลังงานสำรองสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ไม่ใช่พลังน้ำได้[ 50 ]

พลังงานที่มีมูลค่าสูง

ข้อได้เปรียบที่สำคัญของเขื่อนไฟฟ้าพลังน้ำแบบดั้งเดิมที่มีอ่างเก็บน้ำคือความสามารถในการกักเก็บน้ำด้วยต้นทุนต่ำเพื่อนำไปใช้ในภายหลังเป็นไฟฟ้าสะอาดที่มีมูลค่าสูง ในปี 2021 IEA ประมาณการว่า "อ่างเก็บน้ำของโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบดั้งเดิมที่มีอยู่ทั้งหมดรวมกันสามารถกักเก็บพลังงานไฟฟ้าได้ทั้งหมด 1,500 เทราวัตต์-ชั่วโมง (TWh) ในหนึ่งรอบการทำงานเต็มรอบ" ซึ่ง "มีพลังงานมากกว่าโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบสูบกลับทั่วโลกประมาณ 170 เท่า" [ 2 ]คาดว่าความจุในการกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่จะไม่แซงหน้าการกักเก็บพลังงานแบบสูบกลับในช่วงทศวรรษ 2020 [ 2 ]เมื่อใช้เป็นพลังงานสูงสุดเพื่อตอบสนองความต้องการ ไฟฟ้าพลังน้ำจะมีมูลค่าสูงกว่าพลังงานพื้นฐานและมีมูลค่าสูงกว่าแหล่งพลังงานที่ไม่ต่อเนื่องเช่น พลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ มาก

สถานีไฟฟ้าพลังน้ำมีอายุการใช้งานทางเศรษฐกิจที่ยาวนาน โดยบางโรงไฟฟ้ายังคงให้บริการอยู่หลังจาก 50–100 ปี[ 52 ]ต้นทุนแรงงานในการดำเนินงานก็มักจะต่ำเช่นกัน เนื่องจากโรงไฟฟ้าเป็นระบบอัตโนมัติและมีบุคลากรประจำอยู่ที่โรงไฟฟ้าน้อยในช่วงการดำเนินงานปกติ

ในกรณีที่เขื่อนมีวัตถุประสงค์หลายประการ อาจมีการเพิ่มสถานีไฟฟ้าพลังน้ำที่มีต้นทุนการก่อสร้างค่อนข้างต่ำ ซึ่งจะช่วยสร้างรายได้ที่เป็นประโยชน์เพื่อชดเชยต้นทุนการดำเนินงานของเขื่อน มีการคำนวณว่าการขายไฟฟ้าจากเขื่อนสามหุบเขาจะครอบคลุมต้นทุนการก่อสร้างหลังจากการผลิตเต็มกำลัง 5 ถึง 8 ปี[ 53 ]อย่างไรก็ตาม ข้อมูลบางส่วนแสดงให้เห็นว่าในประเทศส่วนใหญ่ เขื่อนไฟฟ้าพลังน้ำขนาดใหญ่จะมีต้นทุนสูงเกินไปและใช้เวลานานเกินไปในการก่อสร้างเพื่อให้ได้ผลตอบแทนที่ปรับตามความเสี่ยงในเชิงบวก เว้นแต่จะมีการใช้มาตรการบริหารความเสี่ยงที่เหมาะสม[ 54 ]

ความเหมาะสมสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม

แม้ว่าโครงการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำหลายแห่งจะจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับเครือข่ายไฟฟ้าสาธารณะ แต่บางโครงการก็ถูกสร้างขึ้นเพื่อรองรับสถานประกอบการอุตสาหกรรมเฉพาะ โครงการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำเฉพาะทางมักถูกสร้างขึ้นเพื่อจัดหากระแสไฟฟ้าปริมาณมากที่จำเป็นสำหรับ โรงงานผลิต อะลูมิเนียมด้วยไฟฟ้า ตัวอย่างเช่นเขื่อนแกรนด์คูลีเปลี่ยนไปใช้เพื่อสนับสนุน โรงงานผลิตอะลูมิเนียม อัลโคอาใน เมือง เบลลิงแฮม รัฐวอชิงตันสหรัฐอเมริกา สำหรับเครื่องบินรบของอเมริกา ใน ช่วงสงครามโลกครั้งที่สองก่อนที่จะได้รับอนุญาตให้ใช้ในการชลประทานและผลิตไฟฟ้าให้กับประชาชน (นอกเหนือจากการผลิตอะลูมิเนียม) หลังสงคราม ในประเทศซูรินาม อ่างเก็บน้ำโบรโคปอนโดถูกสร้างขึ้นเพื่อจัดหากระแสไฟฟ้าให้กับอุตสาหกรรมอะลูมิเนียมของอัลโคอาโรงไฟฟ้ามานาปูริของนิวซีแลนด์ถูกสร้างขึ้นเพื่อจัดหากระแสไฟฟ้าให้กับโรงถลุงอะลูมิเนียมที่ทิไวพอยต์

ลดการปล่อย ก๊าซ

เนื่องจากเขื่อนไฟฟ้าพลังน้ำไม่ใช้เชื้อเพลิง การผลิตไฟฟ้าจึงไม่ก่อให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์แม้ว่าในตอนแรกจะมีการผลิตก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในระหว่างการก่อสร้างโครงการ และมีการปล่อยก๊าซมีเทนออกมาบ้างในแต่ละปีจากอ่างเก็บน้ำ แต่พลังงานน้ำก็มีการปล่อยก๊าซเรือนกระจกตลอดวงจรชีวิต ที่ต่ำที่สุด สำหรับการผลิตไฟฟ้า[ 55 ] ผลกระทบด้าน ก๊าซเรือนกระจกที่ต่ำของพลังงานน้ำพบได้โดยเฉพาะในภูมิอากาศอบอุ่นผลกระทบด้านการปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่มากขึ้นพบได้ในเขตร้อน เนื่องจากอ่างเก็บน้ำของโรงไฟฟ้าในเขตร้อนผลิตก๊าซมีเทน ในปริมาณที่มากกว่า ในภูมิอากาศอบอุ่น[ 56 ]

เช่นเดียวกับแหล่งพลังงานอื่น ๆ ที่ไม่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล พลังงานน้ำก็ไม่มีการปล่อยก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ไนโตรเจนออกไซด์ หรืออนุภาคอื่น ๆ

การใช้งานอื่นๆ ของอ่างเก็บน้ำ

อ่างเก็บน้ำที่สร้างขึ้นโดยโครงการไฟฟ้าพลังน้ำมักมีสิ่งอำนวยความสะดวกสำหรับกีฬาทางน้ำและกลายเป็นแหล่งท่องเที่ยวในตัวเอง ในบางประเทศ การเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำในอ่างเก็บน้ำเป็นเรื่องปกติ เขื่อนอเนกประสงค์ที่ติดตั้งเพื่อการชลประทานช่วยสนับสนุนการเกษตรด้วยปริมาณน้ำที่ค่อนข้างคงที่ เขื่อนพลังน้ำขนาดใหญ่สามารถควบคุมน้ำท่วม ซึ่งหากไม่เช่นนั้นจะส่งผลกระทบต่อผู้คนที่อาศัยอยู่ทางตอนล่างของโครงการ[ 57 ]การจัดการเขื่อนที่ใช้เพื่อวัตถุประสงค์อื่น ๆ เช่นการชลประทานเป็นเรื่องที่ซับซ้อน[ 2 ]

ข้อเสีย

ในปี 2021 IEA เรียกร้องให้มี "มาตรฐานความยั่งยืนที่แข็งแกร่งสำหรับการพัฒนาพลังงานน้ำทั้งหมด พร้อมกฎและระเบียบที่คล่องตัว" [ 2 ]

ความเสียหายของระบบนิเวศและการสูญเสียที่ดิน

เขื่อนเมโรเวในซูดานโรงไฟฟ้าพลังน้ำที่ใช้เขื่อนจะทำให้พื้นที่ขนาดใหญ่จมอยู่ใต้น้ำเนื่องจากจำเป็นต้องมีอ่างเก็บน้ำการเปลี่ยนแปลงสีของพื้นดินหรือค่าการสะท้อนแสงควบคู่ไปกับโครงการบางโครงการที่ทำให้ป่าฝนจมอยู่ใต้น้ำ อาจส่งผลให้ผลกระทบต่อภาวะโลกร้อน หรือก๊าซเรือนกระจกตลอดวงจรชีวิตของโครงการไฟฟ้าพลังน้ำ สูงกว่าโรงไฟฟ้าถ่านหินได้ ในบางกรณี

อ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่ที่เกี่ยวข้องกับโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบดั้งเดิมส่งผลให้พื้นที่กว้างขวางเหนือเขื่อนจมอยู่ใต้น้ำ ซึ่งบางครั้งทำลายป่าลุ่มน้ำและหุบเขาแม่น้ำที่อุดมสมบูรณ์ทางชีวภาพ พื้นที่ชุ่มน้ำ และทุ่งหญ้า การสร้างเขื่อนขัดขวางการไหลของแม่น้ำและอาจเป็นอันตรายต่อระบบนิเวศในท้องถิ่น และการสร้างเขื่อนและอ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่มักเกี่ยวข้องกับการย้ายถิ่นฐานของผู้คนและสัตว์ป่า[ 40 ]การสูญเสียที่ดินมักจะรุนแรงขึ้นจากการแตกแยกของถิ่นที่อยู่ของพื้นที่โดยรอบที่เกิดจากอ่างเก็บน้ำ[ 58 ]

โครงการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำอาจก่อให้เกิดความเสียหายต่อระบบนิเวศ ทางน้ำโดยรอบ ทั้งต้นน้ำและปลายน้ำของโรงไฟฟ้า การผลิตไฟฟ้าพลังน้ำทำให้สภาพแวดล้อมของแม่น้ำปลายน้ำเปลี่ยนแปลงไป น้ำที่ไหลออกจากกังหันมักมีตะกอนแขวนลอยน้อยมาก ซึ่งอาจนำไปสู่การกัดเซาะของพื้นแม่น้ำและการสูญเสียตลิ่งแม่น้ำ[ 59 ]กังหันยังจะฆ่าสัตว์จำนวนมากที่ผ่านไปมา ตัวอย่างเช่น ปลาไหล 70% ที่ผ่านกังหันจะตายทันที[ 60 ] [ 61 ] [ 62 ]เนื่องจากประตูของกังหันมักเปิดเป็นระยะๆ จึงสังเกตเห็นความผันผวนของการไหลของแม่น้ำอย่างรวดเร็วหรือแม้กระทั่งรายวัน[ 63 ]

ภัยแล้งและการสูญเสียน้ำจากการระเหย

ภัยแล้งและการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลของปริมาณน้ำฝนอาจจำกัดพลังงานน้ำได้อย่างมาก[ 2 ]นอกจากนี้ น้ำอาจสูญเสียไปจากการระเหย[ 64 ]

การสะสมของตะกอนและการขาดแคลนน้ำไหล

เมื่อน้ำไหล น้ำสามารถพัดพาอนุภาคที่มีน้ำหนักมากกว่าตัวมันเองไปตามกระแสน้ำได้ ซึ่งส่งผลเสียต่อเขื่อนและโรงไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งเขื่อนที่อยู่บนแม่น้ำหรือในพื้นที่ลุ่มน้ำที่มีตะกอนมากตะกอนสามารถสะสมจนเต็มอ่างเก็บน้ำและลดความสามารถในการควบคุมน้ำท่วม รวมทั้งทำให้เกิดแรงดันในแนวนอนเพิ่มเติมที่ส่วนต้นน้ำของเขื่อน ในที่สุด อ่างเก็บน้ำบางแห่งอาจเต็มไปด้วยตะกอนและใช้งานไม่ได้ หรืออาจล้นในช่วงน้ำท่วมและพังทลายได้[ 65 ] [ 66 ]

การเปลี่ยนแปลงปริมาณการไหลของแม่น้ำจะมีความสัมพันธ์กับปริมาณพลังงานที่ผลิตโดยเขื่อน การไหลของแม่น้ำที่ลดลงจะลดปริมาณน้ำที่กักเก็บไว้ในอ่างเก็บน้ำ ส่งผลให้ปริมาณน้ำที่สามารถนำมาใช้ผลิตไฟฟ้าพลังน้ำลดลง ผลจากการไหลของแม่น้ำที่ลดลงอาจทำให้เกิดการขาดแคลนพลังงานในพื้นที่ที่พึ่งพาพลังงานไฟฟ้าพลังน้ำเป็นอย่างมาก ความเสี่ยงของการขาดแคลนน้ำอาจเพิ่มขึ้นอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ [ 67 ] การศึกษาหนึ่งจากแม่น้ำโคโลราโดในสหรัฐอเมริกาชี้ให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศเพียงเล็กน้อย เช่น อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น 2 องศาเซลเซียส ส่งผลให้ปริมาณน้ำฝนลดลง 10% อาจลดปริมาณน้ำไหลของแม่น้ำได้มากถึง 40% [ 67 ] โดยเฉพาะอย่างยิ่ง บราซิลมีความเปราะบางเนื่องจากการพึ่งพาพลังงานไฟฟ้าพลังน้ำอย่างมาก เนื่องจากอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น การไหลของน้ำที่ลดลง และการเปลี่ยนแปลงของปริมาณน้ำฝน อาจลดการผลิตพลังงานโดยรวมลง 7% ต่อปีภายในสิ้นศตวรรษนี้[ 67 ]

การปล่อยก๊าซมีเทน (จากอ่างเก็บน้ำ)

เขื่อนฮูเวอร์ในสหรัฐอเมริกาเป็นโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบดั้งเดิมขนาดใหญ่ มีกำลังการผลิตติดตั้ง2,080เมกะวัตต์

ผลกระทบเชิงบวกที่ต่ำกว่าพบได้ในภูมิภาคเขตร้อน ใน พื้นที่ ป่าฝนที่ราบ ต่ำ ซึ่งจำเป็นต้องมีการท่วมขังของป่าบางส่วน พบว่าอ่างเก็บน้ำของโรงไฟฟ้าผลิตก๊าซมีเทนในปริมาณมาก[ 68 ]เนื่องมาจากวัสดุพืชในพื้นที่น้ำท่วมเน่าเปื่อยใน สภาพแวดล้อมแบบไร้ ออกซิเจนและก่อตัวเป็นก๊าซมีเทน ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกตามรายงาน ของ คณะกรรมการเขื่อนโลก[ 69 ]ในกรณีที่อ่างเก็บน้ำมีขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับกำลังการผลิต (น้อยกว่า 100 วัตต์ต่อตารางเมตรของพื้นที่ผิว) และไม่มีการตัดไม้ทำลายป่าในพื้นที่ก่อนการกักเก็บน้ำในอ่างเก็บน้ำ การปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากอ่างเก็บน้ำอาจสูงกว่าโรงไฟฟ้าพลังความร้อนที่ใช้เชื้อเพลิงน้ำมันแบบดั้งเดิม[ 70 ]

อย่างไรก็ตาม ใน อ่างเก็บน้ำ เขตหนาวของแคนาดาและยุโรปเหนือการปล่อยก๊าซเรือนกระจกโดยทั่วไปมีเพียง 2% ถึง 8% ของการผลิตความร้อนจากเชื้อเพลิงฟอสซิลแบบดั้งเดิมทุกประเภท การดำเนินการตัดไม้ใต้น้ำรูปแบบใหม่ที่มุ่งเป้าไปที่ป่าที่จมน้ำสามารถบรรเทาผลกระทบจากการผุพังของป่าได้[ 71 ]

การย้ายถิ่นฐาน

ข้อเสียอีกประการหนึ่งของเขื่อนไฟฟ้าพลังน้ำคือความจำเป็นในการย้ายถิ่นฐานของผู้คนในพื้นที่ที่วางแผนจะสร้างอ่างเก็บน้ำ ในปี 2000 คณะกรรมการโลกด้านเขื่อนประเมินว่าเขื่อนได้ทำให้ ผู้คนทั่วโลกต้องย้ายถิ่นฐานไปแล้ว 40–80 ล้านคน[ 72 ]

ความเสี่ยงต่อความล้มเหลว

เนื่องจากเขื่อนผลิตไฟฟ้าพลังน้ำขนาดใหญ่แบบดั้งเดิมกักเก็บน้ำปริมาณมาก การพังทลายของเขื่อนอันเนื่องมาจากการก่อสร้างที่ไม่ได้มาตรฐาน ภัยพิบัติทางธรรมชาติ หรือการก่อวินาศกรรม อาจส่งผลร้ายแรงต่อชุมชนและโครงสร้างพื้นฐานที่อยู่ปลายน้ำได้

ระหว่างพายุไต้ฝุ่นนีน่าในปี 1975 เขื่อนปานเฉียวทางตอนใต้ของจีนพังทลายลงเนื่องจากปริมาณน้ำฝนมากกว่าปริมาณน้ำฝนทั้งปีตกลงมาภายใน 24 ชั่วโมง (ดูเหตุการณ์เขื่อนปานเฉียวพังทลายในปี 1975 ) น้ำท่วมที่เกิดขึ้นส่งผลให้มีผู้เสียชีวิต 26,000 คน และอีก 145,000 คนเสียชีวิตจากโรคระบาด ผู้คนหลายล้านคนไร้ที่อยู่อาศัย[ 73 ]

การสร้างเขื่อนในตำแหน่งที่ไม่เหมาะสมทางธรณีวิทยาอาจก่อให้เกิดภัยพิบัติ เช่น ภัยพิบัติที่เขื่อน Vajontในอิตาลีเมื่อปี พ.ศ. 2506 ซึ่งมีผู้เสียชีวิตเกือบ 2,000 คน[ 74 ]

เขื่อนMalpasset พังทลายในเมือง Fréjusบนชายฝั่งริเวียร่าของฝรั่งเศส (Côte d'Azur) ทางตอนใต้ของฝรั่งเศส เมื่อวันที่ 2 ธันวาคม พ.ศ. 2492 ทำให้มีผู้เสียชีวิต 423 คนจากน้ำท่วมที่เกิดขึ้น[ 75 ]

เขื่อนขนาดเล็กและ โรง ไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็กก่อให้เกิดความเสี่ยงน้อยกว่า แต่อาจก่อให้เกิดอันตรายต่อเนื่องได้แม้หลังจากเลิกใช้งานแล้ว ตัวอย่างเช่น เขื่อนดินขนาดเล็กKelly Barnesพังทลายในปี 1977 ยี่สิบปีหลังจากโรงไฟฟ้าถูกเลิกใช้งาน ทำให้มีผู้เสียชีวิต 39 ราย[ 76 ]

การเปรียบเทียบและปฏิสัมพันธ์กับวิธีการผลิตพลังงานอื่นๆ

พลังงานน้ำช่วยขจัดปัญหาการปล่อยก๊าซไอเสียจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลรวมถึงสารมลพิษ เช่นซัลเฟอร์ไดออกไซด์ไนตริกออกไซด์คาร์บอนมอนอกไซด์ฝุ่น และปรอทในถ่านหินนอกจากนี้ พลังงานน้ำยังช่วยหลีกเลี่ยงอันตรายจากการทำเหมืองถ่านหินและผลกระทบต่อสุขภาพทางอ้อมจากการปล่อยมลพิษจากถ่านหิน ในปี 2021 IEA กล่าวว่านโยบายพลังงาน ของรัฐบาล ควร "กำหนดราคาตามมูลค่าของผลประโยชน์สาธารณะหลายประการที่โรงไฟฟ้าพลังน้ำมอบให้" [ 2 ]

พลังงานนิวเคลียร์

พลังงานนิวเคลียร์มีความยืดหยุ่นค่อนข้างต่ำ แม้ว่าจะสามารถลดกำลังการผลิตได้อย่างรวดเร็วพอสมควร เนื่องจากต้นทุนของพลังงานนิวเคลียร์ส่วนใหญ่มาจากต้นทุนโครงสร้างพื้นฐานที่สูง ต้นทุนต่อหน่วยพลังงานจึงเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อการผลิตต่ำ ด้วยเหตุนี้ พลังงานนิวเคลียร์จึงถูกใช้เป็นส่วนใหญ่สำหรับการผลิตพลังงานพื้นฐานในทางตรงกันข้าม พลังงานน้ำสามารถจ่ายพลังงานสูงสุดได้ในต้นทุนที่ต่ำกว่ามาก ดังนั้นพลังงานน้ำจึงมักถูกใช้เพื่อเสริมพลังงานนิวเคลียร์หรือแหล่งพลังงานอื่น ๆ สำหรับการปรับกำลังการผลิตตัวอย่างประเทศที่ใช้พลังงานทั้งสองประเภทในสัดส่วนใกล้เคียง 50/50 ได้แก่โครงข่ายไฟฟ้าในสวิตเซอร์แลนด์ ภาค ไฟฟ้าในสวีเดนและในระดับที่น้อยกว่าคือยูเครนและภาคไฟฟ้าในฟินแลนด์[ 77 ]

พลังงานลม

พลังงานลมมีการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลอย่างเป็นระบบ แต่ในแต่ละวันจะ มี ความไม่สม่ำเสมอปริมาณลมที่ผลิตได้สูงสุดแทบไม่มีความสัมพันธ์กับปริมาณการใช้ไฟฟ้าสูงสุดในแต่ละวัน ลมอาจแรงที่สุดในเวลากลางคืนเมื่อไม่ต้องการใช้ไฟฟ้า หรืออาจนิ่งในเวลากลางวันเมื่อความต้องการใช้ไฟฟ้าสูงที่สุด บางครั้งสภาพอากาศอาจทำให้ลมเบาเป็นเวลาหลายวันหรือหลายสัปดาห์ อ่างเก็บน้ำพลังน้ำที่สามารถกักเก็บน้ำได้นานหลายสัปดาห์จึงมีประโยชน์ในการรักษาสมดุลการผลิตไฟฟ้าในระบบ พลังงานลมสูงสุดสามารถชดเชยได้ด้วยพลังน้ำขั้นต่ำ และพลังงานลมต่ำสุดสามารถชดเชยได้ด้วยพลังน้ำสูงสุด ด้วยวิธีนี้ คุณสมบัติที่ควบคุมได้ง่ายของพลังน้ำจึงถูกนำมาใช้เพื่อชดเชยลักษณะที่ไม่สม่ำเสมอของพลังงานลม ในทางกลับกัน ในบางกรณี พลังงานลมสามารถใช้เพื่อสงวนน้ำไว้ใช้ในภายหลังในช่วงฤดูแล้งได้

ตัวอย่างหนึ่งคือการค้าขายระหว่างนอร์เวย์กับสวีเดน เดนมาร์ก เนเธอร์แลนด์ เยอรมนี และสหราชอาณาจักร[ 78 ] [ 79 ]นอร์เวย์มีพลังงานน้ำถึง 98% ในขณะที่ประเทศเพื่อนบ้านที่มีที่ราบมีพลังงานลม ในพื้นที่ที่ไม่มีพลังงานน้ำการกักเก็บน้ำแบบสูบกลับทำหน้าที่คล้ายกัน แต่มีต้นทุนสูงกว่ามากและมีประสิทธิภาพต่ำกว่า 20% [ 80 ]

พลังงานน้ำแยกตามประเทศ

การผลิตไฟฟ้าพลังน้ำรายปีแยกตามทวีป[ 81 ]
การผลิตไฟฟ้าพลังน้ำแยกตามประเทศ ปี 2021 [ 81 ]

ในปี 2022 พลังงานน้ำผลิตได้ 4,289  TWh คิดเป็น 15% ของไฟฟ้าทั้งหมด และครึ่งหนึ่งของพลังงานหมุนเวียน จากปริมาณทั้งหมดทั่วโลกจีน (30%) ผลิตได้มากที่สุด รองลงมาคือบราซิล (10%) แคนาดา (9.2%) สหรัฐอเมริกา (5.8%) และรัสเซีย (4.6%) [ 82 ]

ปารากวัยผลิตไฟฟ้าเกือบทั้งหมดจากพลังงานน้ำและส่งออกมากกว่าที่ใช้มาก[ 83 ]โรงไฟฟ้าขนาดใหญ่มักจะถูกสร้างและดำเนินการโดยรัฐบาลของประเทศ ดังนั้นกำลังการผลิตส่วนใหญ่ (70%) จึงเป็นของรัฐ แม้ว่าโรงไฟฟ้าส่วนใหญ่ (เกือบ 70%) จะเป็นของและดำเนินการโดยภาคเอกชน ณ ปี 2021 ก็ตาม[ 2 ]

ตารางต่อไปนี้แสดงข้อมูลเหล่านี้สำหรับแต่ละประเทศ:

  • ปริมาณการผลิตไฟฟ้าทั้งหมดจากพลังงานน้ำในหน่วยเทราวัตต์-ชั่วโมง
  • เปอร์เซ็นต์ของการผลิตไฟฟ้าในประเทศนั้นที่มาจากพลังงานน้ำ
  • กำลังการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำรวมในหน่วยกิกะวัตต์
  • อัตราการเติบโตของกำลังการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำร้อยละ และ
  • ปัจจัยกำลังการผลิตไฟฟ้า พลังน้ำ สำหรับปีนั้น

ข้อมูลมาจากEmberตั้งแต่ปี 2023 เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น[ 81 ]รวมเฉพาะประเทศที่มีการผลิตมากกว่า 1  TWh เท่านั้น ลิงก์สำหรับแต่ละสถานที่จะนำไปยังหน้าพลังงานน้ำที่เกี่ยวข้อง หากมีให้บริการ

เศรษฐศาสตร์

การพัฒนาโครงการพลังงานน้ำมักมีต้นทุนการติดตั้งสูง เนื่องจากต้องใช้แรงงานจำนวนมากและค่าใช้จ่ายด้านโรงงานและเครื่องจักร การวิเคราะห์ผลกระทบของการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำและการชดเชยผลกระทบเชิงลบใด ๆ ก็เป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่ทำให้ต้นทุนโดยรวมสูงขึ้น

แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วการลงทุนด้านพลังงานน้ำแบบใหม่ทั้งหมดจะมีต้นทุนระหว่าง 1,200 ดอลลาร์สหรัฐ/กิโลวัตต์ ถึง 4,500 ดอลลาร์สหรัฐ/กิโลวัตต์ แต่ช่วงราคาอาจกว้างกว่ามากสำหรับโรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดใหญ่ โดยมีช่วงราคาตั้งแต่ 1,000 ดอลลาร์สหรัฐ/กิโลวัตต์ ถึง 10,000 ดอลลาร์สหรัฐ/กิโลวัตต์ ตามรายงานของ IEA ปี 2021 [ 84 ]เกี่ยวกับการผลิตพลังงานน้ำ

เนื่องจากมีประชากรจำนวนมากและมีแรงงานราคาถูก ประเทศในแถบเอเชียแปซิฟิก เช่น อินเดียและจีน จึงมีต้นทุนการลงทุนด้านพลังงานน้ำโดยรวมต่ำที่สุด ในทางกลับกัน ประเทศในยุโรปและอเมริกาเหนือมีต้นทุนการลงทุนด้านพลังงานน้ำสูงที่สุดเนื่องจากค่าแรงสูง ส่วนในแอฟริกา ปัญหาหลักคือเทคโนโลยีและโครงสร้างพื้นฐานที่ล้าหลังซึ่งไม่เอื้อต่อการผลิตพลังงานน้ำ[ 85 ]

ต้นทุนการลงทุนมักคิดเป็น 80-90% ของต้นทุนพลังงานเฉลี่ย (LCOE) ของพลังงานน้ำ การดำเนินงานและการบำรุงรักษา (O&M) คิดเป็นส่วนที่เหลือ ซึ่งโดยเฉลี่ยแล้วคิดเป็นประมาณ 2% ของต้นทุนการลงทุนเริ่มต้น ต้นทุนการพัฒนาโครงการและผลตอบแทนจากการลงทุนที่คาดหวัง ซึ่งแสดงเป็นต้นทุนเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักของเงินทุนเป็นปัจจัยสำคัญ[ 2 ]

ดูเพิ่มเติม

แหล่งที่มา

  • Kuriqi, Alban; Jurasz, Jakub (2022). "การแพร่กระจายของโรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็กและความเชื่อมโยงระหว่างการอนุรักษ์ระบบนิเวศทางน้ำ" . ความเสริมกันของแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่แปรผันได้ . Elsevier. doi : 10.1016/b978-0-323-85527-3.00027-3 . ISBN 978-0-323-85527-3.
  • กลุ่มพันธมิตรปฏิรูปพลังงานน้ำ
  • การสาธิตเชิงโต้ตอบเกี่ยวกับผลกระทบของเขื่อนต่อแม่น้ำ
  • สมาคมพลังงานน้ำขนาดเล็กแห่งยุโรป
  • IEC TC 4: กังหันไฮดรอลิก (คณะกรรมการเทคนิคระหว่างประเทศด้านไฟฟ้า - คณะกรรมการเทคนิคที่ 4) พอร์ทัล IEC TC 4 พร้อมการเข้าถึงขอบเขต เอกสาร และเว็บไซต์ TC 4 เก็บถาวรเมื่อ 27 เมษายน 2558 ที่Wayback Machine

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ พลังงานไฟฟ้าพลังน้ำ

พลังงานน้ำหรือพลังงานไฟฟ้าพลังน้ำคือไฟฟ้าที่ผลิตจากพลังน้ำ พลังงานน้ำเป็นแหล่ง ผลิตไฟฟ้า 15% ของโลกคิดเป็นเกือบ 4,210 TWhในปี 2023 ซึ่งมากกว่าแหล่งพลังงานหมุนเวียน อื่นๆ รวมกัน...

ประวัติศาสตร์

การใช้พลังงานน้ำและพลังงานกลเพื่อสร้างพลังงานกลสามารถสืบย้อนไปได้ถึง 202 ปีก่อนคริสตกาลในจีนโบราณและราชวงศ์ฮั่น [ 12 ] [ 13 ] ในช่วงปลายศตวรรษที่ 18 พลังงานน้ำเป็นแหล่งพลังงานที่จำเป็นสำหรับการเริ่มต้นการปฏิวัติ อุตสาหกรรม [ 14 ] ในช่วงกลางทศวรรษที่ 1700...

ศักยภาพในอนาคต

ในปี 2021 องค์การพลังงานระหว่างประเทศ (IEA) กล่าวว่าจำเป็นต้องใช้ความพยายามมากขึ้นเพื่อช่วย จำกัดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ [ 26 ] บาง ประเทศพัฒนาศักยภาพพลังงานน้ำได้สูงมากและมีพื้นที่สำหรับการเติบโตน้อยมาก: สวิตเซอร์แลนด์ ผลิตได้ 88% ของศักยภาพ และเม็กซิโก...

การปรับปรุงโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่ให้ทันสมัย

ในปี 2021 IEA กล่าวว่าจำเป็นต้องมีการปรับปรุงครั้งใหญ่เพื่อยกระดับให้ทันสมัย ​​[ 2 ] : 67