โรงไฟฟ้าพลังน้ำ: มันคืออะไรและทำงานอย่างไร
การก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำทำให้เกิดผลกระทบทางสังคมและสิ่งแวดล้อมที่ไม่อาจย้อนกลับได้
รูปภาพ Dan Meyers บน Unsplash
โรงไฟฟ้าพลังน้ำเกิดขึ้นจากชุดงานและอุปกรณ์ที่ใช้ในการผลิตพลังงานไฟฟ้าโดยใช้ประโยชน์จากศักยภาพไฮดรอลิกที่มีอยู่ในแม่น้ำ แรงนี้มาจากการไหลของแม่น้ำและความเข้มข้นของความไม่สม่ำเสมอที่มีอยู่ตลอดเส้นทาง ซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้ตามธรรมชาติหรือสร้างขึ้นในรูปของเขื่อนหรือผ่านการผันของแม่น้ำจากพื้นธรรมชาติไปสู่การก่อตัวของอ่างเก็บน้ำ แม้จะใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียนในการผลิตกระแสไฟฟ้า แต่โรงไฟฟ้าพลังน้ำยังก่อให้เกิดผลกระทบทางสังคมและสิ่งแวดล้อมที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ในภูมิภาคที่มีการติดตั้ง
โรงไฟฟ้าพลังน้ำคืออะไร?
โรงไฟฟ้าพลังน้ำเป็นงานวิศวกรรมที่ใช้พลังน้ำเพื่อผลิตไฟฟ้า หรือที่เรียกว่าโรงไฟฟ้าพลังน้ำหรือสถานีไฟฟ้าพลังน้ำ เป็นโครงสร้างขนาดใหญ่ที่ใช้ประโยชน์จากการเคลื่อนที่ของแม่น้ำเพื่อให้ได้กระแสไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม การติดตั้งโรงไฟฟ้าพลังน้ำต้องการงานวิศวกรรมที่ซับซ้อนซึ่งก่อให้เกิดผลกระทบทางสังคมและสิ่งแวดล้อมหลายประการในไซต์
โรงไฟฟ้าพลังน้ำทำงานอย่างไร?
ในการผลิตไฟฟ้าในโรงไฟฟ้าพลังน้ำ จำเป็นต้องมีการผสมผสานระหว่างการไหลของแม่น้ำ ความไม่สม่ำเสมอของภูมิประเทศ และปริมาณน้ำที่มีอยู่ กล่าวโดยสรุป น้ำที่เก็บไว้ในอ่างเก็บน้ำจะถูกลำเลียงและนำไปสู่กังหันขนาดใหญ่ การไหลของน้ำนี้ทำให้กังหันหมุนและกระตุ้นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่จะผลิตกระแสไฟฟ้า
ด้วยวิธีนี้ จะมีการเปลี่ยนแปลงของพลังงานกล จากการเคลื่อนที่ของน้ำ เป็นพลังงานไฟฟ้า เมื่อแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าแล้ว หม้อแปลงจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าของพลังงานนี้ ทำให้สามารถเดินทางผ่านกระแสส่งผ่านและไปถึงสถานประกอบการที่ต้องการพลังงานไฟฟ้า
ระบบของโรงไฟฟ้าพลังน้ำประกอบด้วย:
เขื่อน
วัตถุประสงค์ของเขื่อนคือเพื่อขัดขวางวัฏจักรธรรมชาติของแม่น้ำ ทำให้เกิดอ่างเก็บน้ำ นอกจากการจัดเก็บทรัพยากรนี้แล้ว อ่างเก็บน้ำยังสร้างช่องว่างของน้ำ กักเก็บน้ำในปริมาณที่เพียงพอสำหรับการผลิตไฟฟ้า และควบคุมการไหลของแม่น้ำในช่วงที่ฝนตกและฤดูแล้ง
ระบบรวบรวมน้ำ (adduction)
ระบบนี้ประกอบด้วยอุโมงค์ ช่อง และท่อโลหะที่ส่งน้ำไปยังโรงไฟฟ้า
โรงไฟฟ้า
อยู่ในส่วนนี้ของระบบที่มีกังหันตั้งอยู่ซึ่งเชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เครื่องมือนี้ช่วยให้การเคลื่อนที่ของกังหันเปลี่ยนพลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่ของน้ำให้เป็นพลังงานไฟฟ้า กังหันมีหลายประเภท ได้แก่ pelton, kaplan, francis และ bulb เป็นหลัก กังหันน้ำที่เหมาะสมที่สุดสำหรับโรงไฟฟ้าพลังน้ำแต่ละแห่งขึ้นอยู่กับหัวน้ำตกและการไหลของแม่น้ำ
ช่องทางหลบหนี
หลังจากผ่านกังหันน้ำจะกลับคืนสู่ก้นแม่น้ำตามธรรมชาติผ่านส่วนท้าย ช่องทางหนีภัยตั้งอยู่ระหว่างโรงไฟฟ้ากับแม่น้ำ และขนาดจะขึ้นอยู่กับขนาดของโรงไฟฟ้าและแม่น้ำที่เป็นปัญหา
Spillway
ช่องระบายน้ำช่วยให้น้ำไหลออกได้หากระดับอ่างเก็บน้ำเกินขีดจำกัดที่แนะนำ ซึ่งปกติจะเกิดขึ้นในช่วงฝนตก การรั่วไหลจะเปิดขึ้นเมื่อการผลิตไฟฟ้าลดลงเนื่องจากระดับน้ำอยู่เหนือระดับที่เหมาะ หรือเพื่อหลีกเลี่ยงน้ำล้นและน้ำท่วมรอบโรงงาน เหตุการณ์ทั่วไปในช่วงที่มีฝนตกชุก
ประเภทของโรงไฟฟ้าพลังน้ำ
โรงงานริมแม่น้ำ
เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายที่เกิดจากการก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำแบบดั้งเดิม จึงได้มีการสร้างโรงไฟฟ้าที่ไหลลงสู่แม่น้ำ ซึ่งเป็นทางเลือกที่ยั่งยืนกว่าที่ไม่ใช้แหล่งกักเก็บน้ำขนาดใหญ่ ลดโครงสร้างของเขื่อนและมิติของน้ำท่วม ในแบบจำลองนี้ พลังของกระแสน้ำในแม่น้ำใช้ในการผลิตพลังงานโดยไม่ต้องกักเก็บน้ำ
พืชเช่น Santo Antônio และ Jirau บนแม่น้ำ Madeira และ Belo Monte ใน Pará มีโครงสร้างตามแนวคิดของแม่น้ำ แม้จะไม่มีอ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่ พืชเหล่านี้ก็ยังรักษาปริมาณสำรองขั้นต่ำเพื่อรับประกันการทำงานและความเสถียร
แม้จะมีข้อได้เปรียบทางสังคมและสิ่งแวดล้อม แต่โรงไฟฟ้าที่ไหลลงสู่แม่น้ำช่วยลดความมั่นคงด้านพลังงานของประเทศ นั่นเป็นเพราะในช่วงที่เกิดภัยแล้งเป็นเวลานาน โครงสร้างเหล่านี้อาจขาดน้ำเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า เนื่องจากอ่างเก็บน้ำที่มีขนาดลดลงจะไม่อนุญาตให้ใช้งานเป็นเวลานาน
ผู้เชี่ยวชาญกล่าวว่า ทางเลือกหนึ่งในการชดเชยศักยภาพที่จำกัดของโรงงานเหล่านี้คือการลงทุนในแหล่งเสริม ดังนั้น ในช่วงที่โรงไฟฟ้าพลังน้ำที่ไหลผ่านแม่น้ำมีกำลังการผลิตต่ำ การผลิตพลังงานจากแหล่งลมหรือพลังงานแสงอาทิตย์ก็สามารถนำมาใช้ได้ เพื่อสร้างความมั่นใจในการจัดหาและปรับสมดุลของผลกระทบที่เกิดจากโรงไฟฟ้าแต่ละแห่ง
พืชที่มีแหล่งสะสม
โรงไฟฟ้าพลังน้ำที่มีอ่างเก็บน้ำสะสมจะกักเก็บน้ำและควบคุมการทำงานให้สอดคล้องกับความต้องการพลังงาน ความจุในการจัดเก็บได้มาจากเขื่อนที่อยู่ต้นน้ำของโรงงาน และมีการพูดถึงกฎระเบียบตามฤดูกาล
โรงไฟฟ้าพลังน้ำในบราซิล
บราซิลเป็นผู้ผลิตไฟฟ้าพลังน้ำรายใหญ่เป็นอันดับสามของโลก รองจากแคนาดาและสหรัฐอเมริกา นอกจากนี้ยังเป็นประเทศที่สามที่มีศักยภาพทางไฮดรอลิกมากที่สุด รองจากรัสเซียและจีน ประมาณ 90% ของไฟฟ้าที่ผลิตในบราซิลมาจากโรงไฟฟ้าพลังน้ำ
มีโรงไฟฟ้าพลังน้ำเพียง 100 แห่งกระจายอยู่ทั่วบราซิล ในหมู่พวกเขามีห้าคนโดดเด่นสำหรับความสามารถในการผลิตกระแสไฟฟ้า:
- โรงไฟฟ้าพลังน้ำ Itaipu Binacional: ตั้งอยู่บนแม่น้ำปารานา ครอบคลุมพื้นที่บางส่วนของรัฐปารานาและบางส่วนของปารากวัย
- โรงไฟฟ้าพลังน้ำเบโลมอนเต: ตั้งอยู่บนแม่น้ำซิงกู ในปารา;
- โรงไฟฟ้าพลังน้ำ Tucuruí: ตั้งอยู่บนแม่น้ำ Tocantins ในรัฐปารา
- โรงไฟฟ้าพลังน้ำจิเรา: ตั้งอยู่บนแม่น้ำมาเดราในรอนโดเนีย
- โรงไฟฟ้าพลังน้ำ Santo Antônio: ตั้งอยู่บนแม่น้ำ Madeira ในเมือง Rondônia
วิทยากร
- โรงไฟฟ้าพลังน้ำที่ใหญ่ที่สุดในโลกคือโรงงาน Three Gorges ซึ่งตั้งอยู่ในประเทศจีน
- American Society of Civil Engineers (ASCE) ถือว่าโรงไฟฟ้า Itaipu เป็นหนึ่งใน "เจ็ดสิ่งมหัศจรรย์ของโลกสมัยใหม่" เป็นโรงไฟฟ้าพลังน้ำที่ใหญ่เป็นอันดับสองของโลกและผลิต 20% ของอุปสงค์ของบราซิลและ 95% ของความต้องการไฟฟ้าของปารากวัย
- ประมาณ 20% ของไฟฟ้าที่ผลิตได้ทั่วโลกมาจากโรงไฟฟ้าพลังน้ำ
ผลกระทบทางสังคมและสิ่งแวดล้อมของโรงไฟฟ้าพลังน้ำ
แม้ว่าพลังงานไฟฟ้าพลังน้ำจะถือเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียน แต่รายงานของ Aneel ชี้ให้เห็นว่าการมีส่วนร่วมในเมทริกซ์ไฟฟ้าของโลกนั้นมีขนาดเล็กและมีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ การขาดความสนใจที่เพิ่มขึ้นดังกล่าวจะเป็นผลมาจากปัจจัยภายนอกเชิงลบที่เกิดจากการดำเนินโครงการขนาดนี้ ตามรายงาน
ผลกระทบด้านลบประการหนึ่งของการดำเนินการโรงไฟฟ้าพลังน้ำคือการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในวิถีชีวิตของประชากรที่อาศัยอยู่ในภูมิภาค สิ่งสำคัญคือต้องเน้นว่าชุมชนเหล่านี้มักเป็นกลุ่มมนุษย์ที่ระบุว่าเป็นประชากรดั้งเดิม (ชนพื้นเมือง ควิลอมโบลา ชุมชนริมฝั่งแม่น้ำอเมซอน และอื่นๆ) ซึ่งการอยู่รอดขึ้นอยู่กับการใช้ทรัพยากรจากที่ที่พวกเขาอาศัยอยู่ โดยเฉพาะแม่น้ำ และผู้ที่มีการเชื่อมโยงทางวัฒนธรรม สั่งกับอาณาเขต
พลังงานที่เกิดจากโรงไฟฟ้าพลังน้ำสะอาดหรือไม่?
แม้จะถูกพิจารณาว่าเป็นแหล่งพลังงานสะอาด แต่การผลิตไฟฟ้าพลังน้ำมีส่วนทำให้เกิดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และมีเทน ซึ่งเป็นก๊าซสองชนิดที่เพิ่มความเข้มข้นของภาวะโลกร้อน
การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) เกิดจากการสลายตัวของต้นไม้ที่อยู่เหนือระดับน้ำในอ่างเก็บน้ำ และการปล่อยก๊าซมีเทน (CH4) เกิดขึ้นจากการสลายตัวของอินทรียวัตถุที่อยู่ด้านล่างของอ่างเก็บน้ำ เมื่อคอลัมน์น้ำเพิ่มขึ้นความเข้มข้นของก๊าซมีเทน (CH4) ก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน เมื่อน้ำกระทบกังหันของโรงงาน ความแตกต่างของแรงดันจะทำให้มีเทนถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ มีเทนยังถูกปล่อยออกสู่ทางน้ำผ่านช่องทางระบายน้ำของโรงงาน เมื่อนอกเหนือจากการเปลี่ยนแปลงของความดันและอุณหภูมิ น้ำถูกฉีดพ่นในละออง
เนื่องจากก๊าซมีเทนไม่ได้รวมอยู่ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง จึงถือว่าเป็นอันตรายต่อภาวะโลกร้อนมากกว่าเมื่อเทียบกับคาร์บอนไดออกไซด์ สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ส่วนใหญ่ที่ปล่อยออกมาจะถูกทำให้เป็นกลางผ่านการดูดซับที่เกิดขึ้นในอ่างเก็บน้ำ
ความเสียหายต่อสัตว์และพืช
ผลกระทบหลักของการก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำต่อสัตว์และพืชในท้องถิ่น ได้แก่ :
- การทำลายพืชพรรณธรรมชาติ
- การตกตะกอนของเตียงแม่น้ำ
- การพังทลายของสิ่งกีดขวาง
- การสูญพันธุ์ของสายพันธุ์ปลาอันเนื่องมาจากการแทรกแซงกระบวนการอพยพและการสืบพันธุ์ (piracema);
- การทำให้เป็นกรดของน้ำเมื่อพื้นที่ที่จะใช้สำหรับอ่างเก็บน้ำของพืชไม่ได้รับการทำความสะอาดอย่างเหมาะสม
- การสูญเสียพืชและสัตว์น้ำและสัตว์บกพื้นเมือง
- การเกิดแผ่นดินไหวเนื่องจากน้ำหนักของน้ำบนชั้นหินที่อยู่เบื้องล่าง
- การเปลี่ยนแปลงของน้ำในอ่างเก็บน้ำที่เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิ ออกซิเจน (ออกซิเจนละลายน้ำ) และ pH (การเกิดกรด)
- มลพิษทางน้ำ การปนเปื้อน และการนำสารพิษเข้าสู่แหล่งกักเก็บอันเนื่องมาจากการไหลของสารกำจัดศัตรูพืช สารกำจัดวัชพืช และสารฆ่าเชื้อราจากพื้นที่เพาะปลูกที่มีอยู่ก่อนในพื้นที่น้ำท่วม
- การแนะนำพันธุ์สัตว์ต่างถิ่นในอ่างเก็บน้ำ ไม่สมดุลกับระบบนิเวศลุ่มน้ำ
- การกำจัดป่าชายเลน
- เพิ่มการจับปลาโดยนักล่ามืออาชีพหรือในกิจกรรมยามว่าง
- การใช้สิ่งกีดขวางทางกายภาพที่ป้องกันการอพยพตามฤดูกาลของสายพันธุ์รบกวนความสมดุลของระบบนิเวศ
- ลดการกักเก็บคาร์บอนโดยพืชที่ถูกน้ำท่วม มีส่วนทำให้เกิดภาวะเรือนกระจกมากขึ้น
การสูญเสียดิน
ดินในพื้นที่น้ำท่วมจะไม่สามารถใช้งานได้เพื่อวัตถุประสงค์อื่น สิ่งนี้กลายเป็นปัญหาหลักในพื้นที่ราบส่วนใหญ่ เช่น ภูมิภาคอเมซอน เนื่องจากพลังของพืชมาจากความสัมพันธ์ระหว่างการไหลของแม่น้ำและความไม่สม่ำเสมอของภูมิประเทศ หากภูมิประเทศมีความไม่สม่ำเสมอต่ำ จะต้องเก็บน้ำในปริมาณที่มากขึ้น ซึ่งหมายถึงพื้นที่อ่างเก็บน้ำที่กว้างขวาง
การเปลี่ยนแปลงรูปทรงไฮดรอลิกของแม่น้ำ
แม่น้ำมีแนวโน้มที่จะมีความสมดุลแบบไดนามิกระหว่างการปล่อยน้ำ ความเร็วของน้ำเฉลี่ย ปริมาณตะกอน และลักษณะทางสัณฐานวิทยาของเตียง การสร้างอ่างเก็บน้ำส่งผลกระทบต่อความสมดุลนี้ และทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงลำดับอุทกวิทยาและตะกอน ไม่เพียงแต่ในบริเวณกักเก็บน้ำ แต่ยังรวมถึงในบริเวณโดยรอบและในเตียงใต้อ่างเก็บน้ำด้วย
ด้วยวิธีนี้ การก่อตัวของอ่างเก็บน้ำโรงไฟฟ้าพลังน้ำโดยทั่วไปส่งผลกระทบต่อดินที่อุดมสมบูรณ์และที่ดินทำกินมากขึ้น ทำให้ประชากรในท้องถิ่นสลายตัว ซึ่งสูญเสียลักษณะทางประวัติศาสตร์ เอกลักษณ์ทางวัฒนธรรม และความสัมพันธ์กับสถานที่ นอกเหนือจากการเปลี่ยนแปลงในระบบนิเวศทางน้ำและ การทำลายพืชและสัตว์
