บทที่ 06 — เขื่อนและพลังน้ำ: แบตเตอรี่ยักษ์ของประเทศ

06.1 พลังงานที่ซ่อนอยู่ในความสูง

ย้อนกลับไปที่ถังน้ำบนดาดฟ้าในบทที่ 1 หลักที่เล่าไว้ตอนนั้นคือ ยิ่งถังน้ำตั้งอยู่สูงเท่าไหร่ น้ำที่ไหลออกมาก็ยิ่งพุ่งแรงเท่านั้น เขื่อนก็คือถังน้ำบนดาดฟ้าหลังนั้นเอง เพียงแต่ขยายขนาดขึ้นจนสูงเท่าภูเขาทั้งลูก

น้ำที่ถูกกักไว้หลังเขื่อนอยู่สูงกว่าท้ายเขื่อนหลายสิบไปจนถึงหลายร้อยเมตร ความสูงระดับนั้นหมายถึงพลังงานสะสมมหาศาลที่ "รอถูกปล่อย" อยู่ตลอดเวลา เมื่อปล่อยน้ำผ่านท่อลงมาผลักกังหันน้ำ กังหันก็หมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าตามสูตรเดิมที่เล่าไว้ในบทที่ 4 ทุกประการ จุดที่ต่างจากโรงไฟฟ้าพลังความร้อนในบทที่ 5 อย่างสิ้นเชิงคือ เขื่อนไม่ต้องเผาอะไรเลยแม้แต่นิดเดียว ไม่มีควัน ไม่มีค่าเชื้อเพลิงต่อหน่วยไฟฟ้าที่ผลิตได้ เพราะ "เชื้อเพลิง" ของเขื่อนคือน้ำฝนที่ธรรมชาติเติมให้ใหม่ทุกปีนั่นเอง

06.2 กายวิภาคของเขื่อนผลิตไฟฟ้า

ลองไล่ตามเส้นทางของน้ำหยดหนึ่งตั้งแต่ต้นจนจบดู เริ่มจาก อ่างเก็บน้ำ (reservoir) ที่กักน้ำไว้เหนือเขื่อน น้ำไหลเข้าสู่ ช่องรับน้ำ (intake) ที่ฝังอยู่ลึกใต้ผิวน้ำ แล้ววิ่งลงตาม ท่อส่งน้ำ (penstock) ที่ลาดเอียงลงไปยังห้องเครื่องใต้เขื่อน ณ จุดนั้น แรงน้ำจะพุ่งเข้าไปผลัก กังหันน้ำ (water turbine) ให้หมุน กังหันน้ำมีหลายแบบตามลักษณะการไหล เช่นแบบ Francis หรือแบบ Kaplan (เอ่ยชื่อไว้ให้คุ้นหูเฉยๆ ไม่ต้องจำรายละเอียด) ก่อนที่กังหันจะหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าให้ผลิตไฟออกมา สุดท้ายน้ำที่ผ่านกังหันแล้วจะไหลออกทางท้ายเขื่อนกลับลงสู่แม่น้ำตามเดิม ไม่ได้หายไปไหน เพียงแค่ "ยืม" พลังงานจากความสูงไปใช้ระหว่างทางเท่านั้น

มีจุดหนึ่งที่คนดูข่าวมักเข้าใจผิด ภาพน้ำพุ่งแรงจากเขื่อนที่เห็นบ่อยๆ ในข่าวช่วงหน้าฝนนั้น ส่วนใหญ่ไม่ใช่การผลิตไฟฟ้า แต่คือ ประตูระบายน้ำล้น (spillway) ซึ่งเป็นทางน้ำฉุกเฉินที่เปิดเมื่อปริมาณน้ำในอ่างสูงเกินระดับที่ปลอดภัย น้ำที่ไหลผ่าน spillway จะไม่ผ่านกังหันเลย ไหลอ้อมออกไปโดยตรง ต่างจากน้ำที่ไหลผ่านท่อส่งน้ำไปผลิตไฟฟ้าอย่างสิ้นเชิง

1. Overhead crane — เครนยกของขนาดใหญ่เหนือหัว ใช้ยกชิ้นส่วนหนักเวลาซ่อมบำรุงเครื่องกำเนิดแต่ละตัว
2. Excitation system (rotating) — อุปกรณ์ป้อนกระแสไฟฟ้าให้แม่เหล็กในเครื่องกำเนิดมีแรงแม่เหล็กมากพอผลิตไฟต่อเนื่อง เทียบได้กับ exciter ที่เล่าไว้ในบทที่ 4
3. Generator stator housing — เปลือกครอบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแต่ละหมายเลข ข้างในคือขดลวด (stator) ที่ล้อมรอบแม่เหล็กหมุนตามหลักการในบทที่ 4
4. Cooling air intake — ช่องรับอากาศเข้าไประบายความร้อนของเครื่องกำเนิดขณะทำงาน
5. Turbine pit (below floor) — บ่อใต้พื้นที่เป็นที่ตั้งของกังหันน้ำจริง ซึ่งรับแรงน้ำจากท่อส่งน้ำมาหมุนเครื่องกำเนิดด้านบน
6. Draft tube (to tailrace) — ท่อที่พาน้ำหลังผ่านกังหันแล้วไหลออกไปยังท้ายน้ำ (tailrace) กลับสู่แม่น้ำตามที่อธิบายในย่อหน้าข้างต้น
7. Machine hall — ห้องเครื่องทั้งหมดที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเรียงแถวตั้งอยู่
8. Control room — ห้องควบคุมที่เจ้าหน้าที่เฝ้าดูและสั่งเดินเครื่องกำเนิดแต่ละตัว
9. Switchgear and electrical panels — ตู้อุปกรณ์ไฟฟ้าที่รวบรวมไฟจากเครื่องกำเนิดแต่ละตัวก่อนส่งออกไปยังลานหม้อแปลง
10. Main access walkway — ทางเดินหลักกลางห้องเครื่องสำหรับเจ้าหน้าที่เดินตรวจตรา

06.3 เขื่อนใหญ่ของไทย

ลองพาไปทัวร์เขื่อนใหญ่ๆ ของไทยแบบคร่าวๆ ดู เริ่มจาก เขื่อนภูมิพล บนแม่น้ำปิง จังหวัดตาก ซึ่งเป็นเขื่อนผลิตไฟฟ้าแห่งแรกและใหญ่ที่สุดของไทย กำลังผลิตประมาณ 780 เมกะวัตต์ ตามด้วย เขื่อนสิริกิติ์ บนแม่น้ำน่าน จังหวัดอุตรดิตถ์ กำลังผลิตประมาณ 500 เมกะวัตต์ เขื่อนศรีนครินทร์ กำลังผลิตประมาณ 720 เมกะวัตต์ และ เขื่อนวชิราลงกรณ ที่บรรจบของแควใหญ่-แควน้อย จังหวัดกาญจนบุรี ตัวเลขเหล่านี้เป็นตัวเลขโดยประมาณเพื่อให้พอเทียบขนาดกันได้เท่านั้น

1. Reservoir (Upper Mae Ping) — อ่างเก็บน้ำเหนือเขื่อนบนแม่น้ำปิง ตรงกับเขื่อนภูมิพลที่เล่าถึงในย่อหน้าข้างต้น กว้างใหญ่จนดูเหมือนทะเลสาบกลางภูเขา
2. Left Abutment (Foundation) และ Right Abutment (Foundation) — ฐานรากหินสองฝั่งที่ยึดตัวเขื่อนไว้กับภูเขาให้มั่นคง
3. Spillway Gates — ประตูระบายน้ำล้นบนสันเขื่อน ทางน้ำฉุกเฉินตามที่อธิบายไว้ในหัวข้อ 6.2 ไม่ใช่จุดผลิตไฟฟ้า
4. Wat Chan (Temple) — วัดที่ตั้งอยู่ริมอ่างเก็บน้ำ ช่วยให้เห็นสเกลความใหญ่ของอ่างเทียบกับสิ่งปลูกสร้างทั่วไป
5. Concrete Arch Dam — ตัวเขื่อนคอนกรีตทรงโค้งที่กั้นน้ำไว้ คือ "สันเขื่อน" ตามคำในแผนภาพภาคตัดขวางก่อนหน้านี้
6. Powerhouse (Hydroelectric) — อาคารโรงไฟฟ้าใต้เขื่อนที่มีกังหันน้ำและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำงานอยู่ข้างใน
7. Outlet / Release (to Downstream) — จุดปล่อยน้ำที่ผ่านกังหันแล้วไหลกลับลงสู่แม่น้ำท้ายเขื่อน
8. Switchyard (Transmission) — ลานหม้อแปลงที่ยกแรงดันไฟฟ้าก่อนส่งเข้าสายส่งแรงสูงไปทั่วประเทศ

ความจริงที่หลายคนอาจไม่รู้คือ ไฟฟ้าจากเขื่อนทั้งหมดของไทยรวมกันเป็นสัดส่วนเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์ของกำลังผลิตไฟฟ้าทั้งระบบเท่านั้น (สัดส่วนเชื้อเพลิงทั้งหมดของไทยจะเล่าอย่างละเอียดในบทที่ 14) เขื่อนจึงเป็นผู้เล่นที่ "ตัวเล็กแต่ตัวจี๊ด" คือมีบทบาทสำคัญเกินตัวเลขกำลังผลิตมาก เพราะเขื่อนไม่ได้มีหน้าที่แค่ผลิตไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังเป็นแหล่งน้ำเพื่อการเกษตร แหล่งน้ำประปา ตัวช่วยกันน้ำท่วมและกันแล้ง แหล่งประมง และแหล่งท่องเที่ยวไปพร้อมกัน การปล่อยน้ำเพื่อผลิตไฟฟ้าจึงต้องเดินตามแผนบริหารจัดการน้ำโดยรวมของประเทศ ไม่ใช่ปล่อยตามใจความต้องการของระบบไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว

06.4 ปุ่มเร่งด่วนของศูนย์ควบคุม

จุดเด่นที่สุดของพลังน้ำเมื่อเทียบกับโรงไฟฟ้าพลังความร้อนคือความเร็วในการสตาร์ท เขื่อนเปิดวาล์วแล้วไฟฟ้าออกมาได้ภายในเวลาไม่กี่นาทีเท่านั้น ต่างจากโรงไฟฟ้าพลังความร้อนที่ต้องอุ่นเครื่องนานเป็นชั่วโมง ด้วยความไวขนาดนี้ ศูนย์ควบคุมระบบกำลังไฟฟ้าแห่งชาติ หรือ NCC ที่เล่าไว้ในบทที่ 3 จึงเก็บเขื่อนไว้เป็น "ไพ่ตาย" ใช้เสริมกำลังในช่วงพีคหัวค่ำ และใช้กู้ระบบทันทีเมื่อโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่หลุดออกจากระบบกะทันหัน

06.5 โรงไฟฟ้าสูบกลับ: เขื่อนที่เป็นแบตเตอรี่

จำปัญหาตั้งต้นที่เล่าไว้ในบทที่ 3 ได้ไหม ไฟฟ้าเป็นสินค้าที่เก็บสต๊อกไว้ล่วงหน้าแทบไม่ได้เลย แต่ความจริงมีทางลัดหนึ่งที่น่าสนใจมาก นั่นคือ แม้ไฟฟ้าจะเก็บไม่ได้ แต่ "น้ำ" เก็บได้! หลักการของ โรงไฟฟ้าสูบกลับ (pumped storage) คือมีอ่างเก็บน้ำสองใบ ใบหนึ่งอยู่บนภูเขา อีกใบอยู่ต่ำกว่าด้านล่าง เชื่อมกันด้วยท่อผ่านโรงไฟฟ้าตรงกลาง ช่วงเวลาที่ไฟฟ้าเหลือหรือราคาถูก เช่นตอนกลางคืน โรงไฟฟ้าจะสูบน้ำจากอ่างล่างขึ้นไปเก็บไว้ที่อ่างบน เท่ากับเป็นการ "ชาร์จแบต" ส่วนช่วงพีคที่ไฟฟ้าแพงหรือระบบต้องการไฟฟ้าด่วน โรงไฟฟ้าจะปล่อยน้ำจากอ่างบนไหลลงมาผลิตไฟฟ้าเหมือนเขื่อนทั่วไป เท่ากับเป็นการ "จ่ายแบต" ออกมา

ตัวอย่างจริงในไทยคือ โรงไฟฟ้าลำตะคองชลภาวัฒนา จังหวัดนครราชสีมา กำลังผลิตประมาณ 1,000 เมกะวัตต์ มีอ่างพักน้ำบนอยู่บนเขายายเที่ยง นอกจากนี้ยังมีหน่วยสูบกลับติดตั้งอยู่ที่เขื่อนภูมิพลและเขื่อนศรีนครินทร์ด้วยเช่นกัน

1. Upper reservoir (man-made) — อ่างพักน้ำวงกลมที่มนุษย์สร้างขึ้นบนยอดเขา คือ "อ่างบน" ตามแผนภาพก่อนหน้านี้ที่เก็บน้ำไว้ตอนชาร์จ
2. Access road — ถนนที่ตัดขึ้นไปให้เจ้าหน้าที่เข้าถึงอ่างบนและปั๊มพาวเวอร์เฮาส์ได้
3. Pumped storage powerhouse — อาคารที่มีทั้งปั๊มสูบน้ำขึ้น (โหมดชาร์จ) และกังหันผลิตไฟฟ้า (โหมดจ่าย) อยู่ในเครื่องเดียวกัน
4. Wind turbines — กังหันลมที่ตั้งอยู่บนสันเขาข้างเคียง แสดงให้เห็นว่าพื้นที่แบบนี้มักมีทั้งพลังน้ำสูบกลับและพลังงานลมอยู่ใกล้กัน
5. Penstock — ท่อส่งน้ำที่ลาดชันจากอ่างบนลงไปยังโรงไฟฟ้าด้านล่าง
6. Lower powerhouse — อาคารโรงไฟฟ้าส่วนล่างที่ปลายท่อส่งน้ำ
7. Tailrace tunnel — อุโมงค์ที่พาน้ำจากโรงไฟฟ้าไหลต่อไปยังอ่างล่างหรือแหล่งน้ำธรรมชาติ
8. Mae Ngat Valley และ Mae Ngat Reservoir — หุบเขาและอ่างเก็บน้ำธรรมชาติที่อยู่ไกลออกไปด้านหลัง ไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของระบบสูบกลับนี้โดยตรง แต่ช่วยให้เห็นภูมิประเทศโดยรวม

ยิ่งในอนาคตที่ไฟฟ้าจากโซลาร์เซลล์เพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ (รายละเอียดในบทที่ 7) ตัวเก็บพลังงานแบบโรงไฟฟ้าสูบกลับนี้ก็จะยิ่งมีความสำคัญมากขึ้นตามไปด้วย เพราะโซลาร์เซลล์ผลิตไฟได้เฉพาะตอนกลางวัน การมีที่เก็บพลังงานส่วนเกินไว้ใช้ตอนกลางคืนหรือตอนพีคจึงเป็นกุญแจสำคัญของอนาคตระบบไฟฟ้าไทย ซึ่งจะพาไปสำรวจกันต่อในบทที่ 16

สรุปท้ายบท

คำศัพท์ในบทนี้

ทบทวนความเข้าใจ