ในประเทศไทย มีเขื่อนอยู่หลายแห่ง แต่หากนึกถึงเขื่อนที่มีขนาดใหญ่ หนึ่งในนั้น จะต้องมีเขื่อนศรีนครินทร์อย่างแน่นอน เขื่อนศรีนครินทร์นี้ ตั้งอยู่ที่ ต.ท่ากระดาน อ.ศรีสวัสดิ์ จ.กาญจนบุรี ห่างจากกรุงเทพฯ กว่า 200 กิโลเมตร ใช้เวลาเดินทางจากกรุงเทพฯ ประมาณ 3 ชั่วโมงครึ่ง ถ้าเริ่มเดินทางตั้งแต่อรุณรุ่งก็จะได้พบกับบรรยากาศยามเช้าของเขื่อนศรีนครินทร์

เขื่อนที่ศรีนครินทร์ เริ่มก่อสร้างในปี พ.ศ.2516 แล้วเสร็จในปี พ.ศ.2523 สร้างขึ้นบนแม่น้ำแควใหญ่ บริเวณบ้านเจ้าเณร ซึ่งเป็นเขื่อนแห่งที่ 8 ในจำนวน 17 แห่ง ที่การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.) สร้างขึ้น และด้วยตำแหน่งที่ตั้ง ทำให้ชื่อเดิมของเขื่อนนี้ คือ เขื่อนเจ้าเณร หรือ โครงการโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำ เขื่อนบ้านเจ้าเณร ต่อมา พระบาทสมเด็จพระปรมินทรมหาภูมิพลอดุลยเดช ได้พระราชทานพระบรมราชานุญาตให้เชิญ พระนามาภิไธย สมเด็จพระศรีนครินทราบรมราชชนนี มาขนานนามเขื่อน และเสด็จพระราชดำเนินพร้อมด้วยสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯสยามบรมราชกุมารี ไปทรงเปิดเขื่อน เมื่อวันที่ 15 มิถุนายน 2524

     ในบริเวณเขื่อนมีสถานที่ท่องเที่ยว สำหรับพักผ่อนหย่อนใจ หรือเป็นแหล่งเรียนรู้แก่บุคคลต่างๆ อาทิเช่น ลานดอกไม้ตามฤดูกาล สวนดนตรี สวนเวลารำลึก สันเขื่อนศรีนครินทร์ และ ศูนย์การเรียนรู้ราชานุรักษ์ เป็นต้น นอกจากนี้ พื้นที่รอบๆ เขื่อนยังมีสถานที่ท่องเที่ยวอีกมากมาย โดยที่เขื่อนศรีนครินทร์นี้ มีอาคารที่พักรองรับนักท่องเที่ยวไว้ด้วย เขื่อนศรีนครินทร์จึงเป็นอีกสถานที่หนึ่ง ที่พลาดไม่ได้ เมื่อมาเที่ยวที่เมืองกาญจนบุรี

 วีดิทัศน์เรื่องเขื่อนศรีนครินทร์

 ตามพระราชปณิธาน ตั้งแต่ปี พ.ศ.2503 ของ พระบาทสมเด็จพระปรมินทรมหาภูมิพลอดุลยเดช ในงานการอนุรักษ์พันธุกรรมพืช ทรงมีพระราชดำริให้ดำเนินการรวบรวม และรักษาพรรณไม้หายากที่ใกล้จะสูญพันธุ์ จึงเป็นที่มาของ โครงการอนุรักษ์พันธุกรรมพืช อันเนื่องมาจากพระราชดำริสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี (อพ.สธ.) เพื่อสานพระราชปณิธานให้สืบต่อไป

ศูนย์การเรียนรู้ราชานุรักษ์เป็นหน่วยงานหนึ่ง ที่ดำเนินตามพระราชปณิธาน โดยให้ประชาชนเข้ามามีส่วนของโครงการดังกล่าวด้วย จุดมุ่งหมายของศูนย์การเรียนรู้ราชานุรักษ์นี้ ได้สะท้อนผ่านสัญลักษณ์ของศูนย์ที่ประกอบด้วย ลูกยางนา 9 ลูก จำนวนของลูกยางนาหมายถึง รัชสมัยของพระบาทสมเด็จเจ้าอยู่หัวรัชกาลที่ 9 นอกจากนี้ ต้นยางนายังเป็นพรรณพืชแรกที่ทรงเริ่มให้มีการอนุรักษ์ ส่วนขนาดใหญ่และเล็กของลูกยางนา แสดงถึงการมีส่วนร่วมของประชาชนและองค์กรต่างๆ ส่วนสีเขียว หมายถึง การอนุรักษ์ และสีม่วง เป็นสีประจำพระองค์ สมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี นั้นเอง

รูปที่ 1 สัญลักษณ์ของศูนย์การเรียนรู้ราชานุรักษ์

 ศูนย์การเรียนรู้ราชานุรักษ์ออกแบบภายใต้แนวคิด “สอนให้น้อย เรียนรู้ให้มาก (Teach Less – Learn More)” ผู้เข้าชมสามารถเรียนรู้ หาข้อมูลต่างๆ ได้ด้วยตนเอง เพียงใช้ tablet ที่ศูนย์เตรียมไว้ หรือ smart phone ส่องไปที่ QR code (QR code ย่อมาจาก Quick Response code หมายถึง สัญลักษณ์แทนข้อมูลต่างๆ ที่ตอบสนองอย่างรวดเร็ว) ภายในศูนย์การเรียนรู้ราชานุรักษ์นี้ แบ่งเป็นส่วนจัดแสดงทั้งหมด 5 โซน ได้แก่ โซนสำรวจผืนป่าตะวันตก โซนขุมพลังที่ไม่มีวันหมด โซนแสงนำทางแห่งการอนุรักษ์ โซนพระปณิธาน และโซนอีกหนึ่งการอนุรักษ์

รูปที่ 2 ส่วนจัดแสดงโซนสำรวจผืนป่าตะวันตก 

นอกจากนี้ ผู้เข้าชมยังสามารถประลองความรู้เรื่องพลังงานผ่านระบบกลไกที่เรียบง่าย ที่เรียกว่า manual interactive เพียงอ่านตอบคำถามตามภาพที่แขวนไว้ แล้วตรวจสอบคำตอบได้อย่างง่ายดาย โดยการดึงภาพนั้นลง กล่องคำตอบที่ผูกติดกับภาพนั้นก็จะขยับ เป็นวิธีการเฉลยคำตอบที่เรียบง่าย แต่ก็ให้ความลุ้นระทึกได้พอประมาณ

ในส่วนจัดแสดงถัดไปนั้น ให้ความรู้สึกราวกับก้าวเข้าสู้ยานอวกาศ กระตุ้นความอยากรู้ของผู้เข้าชมด้วยแนวลำแสง ซึ่งสอดคล้องกับชื่อของส่วนจัดแสดง นั่นคือ โซนแสงนำทางแห่งการอนุรักษ์ ภายในลำแสงนั้น มีช่องเล็กๆ เมื่อส่องดูก็จะได้เรียนรู้เกี่ยวกับแนวอนุรักษ์ทรัพยากรธรรมชาติต่างๆ

สำหรับในโซนอีกหนึ่งการอนุรักษ์ ซึ่งเป็นโซนสุดท้าย จะเรียนรู้ถึงการใช้ทรัพยากรธรรมชาติอย่างยั่งยืน จากแผ่นป่าที่เราทุกคนร่วมกันอนุรักษ์ไว้

ศูนย์การเรียนรู้ราชานุรักษ์ได้ถ่ายทอดความรู้ในการอนุรักษ์ ผ่านสื่อจัดแสดงที่น่าตื่นตาตื่นใจ ทำให้ไม่รู้เบื่อในการเรียนรู้ เหมาะกับผ้เข้าชมทุกวัย ในศูนย์การเรียนรู้แห่งนี้ ทำให้รู้สึกถึงความยิ่งใหญ่และสำคัญของพระราชปณิธานในการอนุรักษ์ผืนป่าและพืชพรรณ รวมถึงทรัพยากรธรรมชาติต่างๆ พร้อมกับความรู้สึกตระหนักรู้ในสิ่งควรทำเพื่อรักษาทรัพยากรเหล่านี้ ให้กับลูกหลานในอนาคต

วีดิทัศน์เรื่องอาคารราชานุรักษ์

เขื่อนศรีนครินทร์ เป็นเขื่อนที่มีความจุมากเป็นอันดับ 1 ของประเทศไทย ด้วยขนาดที่มีความสูงจากฐานราก 140 เมตร และมีสันเขื่อนยาว 610 เมตร กว้าง 15 เมตร มีพื้นที่อ่างเก็บน้ำ 419 ตารางกิโลเมตร สามารถจุน้ำได้สูงสุด 17,745 ล้านลูกบาศก์เมตร เมื่อเทียบขนาดของเขื่อนศรีนครินทร์กับอาคารบ้านเรือนทั่วๆ ไปแล้ว สิ่งก่อสร้างเหล่านั้น กลายเป็นของเล่นไปเลย ถึงแม้จะเป็นสิ่งก่อสร้างที่มีขนาดใหญ่ แต่ก็สามารถรองรับแผ่นดินไหวที่มีระดับความรุนแรงถึง 7.0 ริกเตอร์ได้ ปัจจัยสำคัญที่ทำให้เขื่อนสามารถรับมือกับแผ่นดินไหวได้นั้น มีอยู่ 2 ปัจจัยหลักๆ คือ วัสดุที่ใช้สร้างเขื่อน และรูปร่างของเขื่อนนั่นเอง

 1.การเลือกใช้วัสดุ สำหรับสร้างเขื่อน

เขื่อนศรีนครินทร์ เป็นเขื่อนอเนกประสงค์ประเภทหินถมแกนดินเหนียวที่ใหญ่ที่สุดในประเทศไทย ซึ่งมีลักษณะการก่อสร้างเป็นเขื่อนวัสดุถม หรือ Embankment Dams และด้วยที่ตั้งของเขื่อน ที่สร้างขึ้นบนแม่น้ำแควใหญ่ บริเวณบ้านเจ้าเณร ต.ท่ากระดาน อ.ศรีสวัสดิ์ จ.กาญจนบุรี ซึ่งจากข้อมูลของกรมทรัพยากรธรณี ทำให้ทราบว่า เขื่อนศรีนครินทร์ตั้งอยู่ในบริเวณที่มีกลุ่มรอยเลื่อนเจดีย์สามองค์ และกลุ่มรอยเลื่อนศรีสวัสดิ์ อย่างไรก็ตาม จากสถิติแผ่นดินไหวของกรมอุตุนิยมวิทยา พบว่า มีโอกาสน้อยมากที่กลุ่มรอยเลื่อนเหล่านี้ จะเกิดแผ่นดินไหวในระดับที่มีความรุนแรงมากๆ ถึงอย่างนั้น เขื่อนศรีนครินทร์ก็ได้รับออกแบบให้สามารถรองรับแผ่นดินไหวที่มีระดับความรุนแรงถึง 7.0 ริกเตอร์

เขื่อนประเภทหินถมแกนดินเหนียว สามารถรองรับการเคลื่อนที่ของเขื่อน เนื่องจากเหตุการณ์แผ่นดินไหวได้ ในกรณีที่แกนดินเหนียวของเขื่อนเกิดรอยร้าว แกนดินเหนียวนี้ จะเคลื่อนตัวมาอุดรอยแยกที่เกิดขึ้นเอง ทำให้แกนเขื่อนที่สร้างจากดินเหนียว ยังคงความมั่นคงไว้ได้ นอกจากนี้ หินที่ถมเป็นเกราะกำบังแกนดินของเขื่อน ยังสามารถขยับเขยื้อนไปตามลักษณะของเขื่อนที่เปลี่ยนแปลงไป ด้วยเหตุนี้ ยิ่งทำให้เขื่อนศรีนครินทร์มีความมั่นคง หากพิจารณาให้ดี จะพบว่า การออกแบบสิ่งก่อสร้างให้รับมือกับแผ่นดินไหวได้นั้น ไม่ได้ขึ้นอยู่กับความแข็งแกร่งของสิ่งก่อสร้าง แต่ขึ้นอยู่กับความยืดหยุ่นของสิ่งก่อสร้างนั้นมากกว่า

2.การออกแบบรูปร่างของเขื่อน

เมื่อมองรูปร่างของสันเขื่อนศรีนครินทร์ จะสังเกตเห็นว่า เขื่อนจะมีลักษณะโค้ง และมีฐานเขื่อนกว้างกว่าสันเขื่อน ซึ่งเป็นลักษณะผสมระหว่างเขื่อนโค้ง (Arch dam) กับ เขื่อนถ่วงน้ำหนัก (Gravity dam) รูปร่างของเขื่อนมีความสำคัญอย่างมาก ให้การส่งผ่านหรือกระจายแรงเนื่องจากความดันของน้ำ โดยแบ่งออกได้เป็น 2 ลักษณะ ดังนี้

ก. การส่งผ่านแรงไปสู่ภูเขาด้านข้าง ด้วยเขื่อนโค้ง

เขื่อนโค้ง ถูกออกแบบให้หันส่วนโค้งนูนรับแรงเนื่องจากความดันของน้ำปริมาณมหาศาลภายในเขื่อน เมื่อแตกองค์ประกอบของแรงเนื่องจากความดันของน้ำ พบว่า แรงนั้นจะส่งผ่านไปตามผนังเขื่อนจนถึงขอบที่ติดภูเขา แรงทั้งหมดจะถูกส่งผ่านผนังเขื่อนไปยังภูเขา เปรียบได้กับการออกแรงกดเขื่อนให้ติดกับภูเขา ซึ่งทำให้เขื่อนยิ่งมีความมั่นคง ในทางตรงกันข้าม หากกักเก็บน้ำ โดยหันส่วนเว้าเข้าแรง ก็จะเปรียบเสมือนการออกแรงดึงเขื่อนให้หลุดออกจากภูเขา ทำให้เขื่อนไม่สามารถรับแรงเนื่องจากความดันมหาศาลของน้ำในเขื่อนได้

รูปที่ 2 แผนภาพแรงที่กระทำผนังเขื่อนโค้ง จากมุมมองด้านบน 

ข. การส่งผ่านแรงไปสู่ฐาน ด้วยเขื่อนถ่วงน้ำหนัก

รูปที่ 3 แผนภาพแรงที่กระทำกับเขื่อนถ่วงน้ำหนัก

เขื่อนถ่วงน้ำหนักนั้น มีลักษณะฐานกว้างกว่าสันเขื่อน ทำให้ผนังเขื่อนมีลักษณะลาดเอียง เมื่อแรงเนื่องจากความดันของน้ำกระทำตั้งฉากกับผนังเขื่อง จะทำให้มีองค์ประกอบแรงใน 2 ทิศทาง ได้แก่ (1) ทิศขนานกับฐานเขื่อน ซึ่งมีขนาดของแรงกระทำลดลง ทำให้เขื่อนรับแรงลดลงด้วย และ (2) ทิศตั้งฉากกับฐานเขื่อน แรงในทิศทางนี้ จะช่วยกดและยึดส่วนต่างๆ ของเขื่อนให้ติดกับพื้น ทำให้เขื่อนมีความมั่นคงเพิ่มขึ้น

จากการเลือกใช้วัสดุและออกแบบเขื่อน ที่ทำให้เรามั่นใจได้ว่า เขื่อนศรีนครินทร์นั้น มีความมั่นคงแข็งแรง เรายังมีระบบตรวจสุขภาพเขื่อน หรือ DS-RMS ย่อมาจาก Dam Safety Remote Monitoring System เป็นระบบที่มีไว้เพื่อตรวจหาสิ่งผิดปกติหรือภัยพิบัติที่อาจส่งผลกระทบต่อความความปลอดภัยของเขื่อนได้ ระบบ DS-RMS เป็นระบบที่พัฒนาขึ้น ด้วยความร่วมมือระหว่าง การไฟฟ้าฝ่ายผลิต (กฟผ.) กับ ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (NECTEC)

รูปที่ 4 เครื่องมือตรวจวัด (sensor) ถูกติดตั้งทั่วเขื่อน เพื่อให้ข้อมูลกับระบบตรวจสุขภาพ

ระบบตรวจสุขภาพเขื่อน หรือ DS-RMS สามารถรับ-ส่งข้อมูลจากเครื่องมือวัดต่างๆ ได้อย่างอัตโนมัติ อาทิเช่น เครื่องมือวัดพฤติกรรมเขื่อน แผ่นดินไหว และ น้ำหลาก ที่ติดตั้งไว้ที่เขื่อนและรอบอ่างเก็บน้ำ ซึ่งระบบคอมพิวเตอร์แม่ข่าย จะนำข้อมูลเข้ามาประมวลผลหาสถานะความปลอดภัยเขื่อนด้วยระบบผู้เชี่ยวชาญเสมือน (Expert system) ทำให้สามารถคาดการณ์สิ่งผิดปกติได้ โดยจะแจ้งสถานะความปลอดภัยของเขื่อนผ่านโปรแกรมในรูปแบบ Web Application ทางหน้าจอเว็บไซต์ที่พัฒนาขึ้น พร้อมทั้งแจ้งเตือนผ่านทาง SMS และ E-mail ไปยังเจ้าหน้าที่ผู้เกี่ยวข้องทราบ หากพบความผิดปกติขึ้น ระบบตรวจสุขภาพ หรือ DS-RMS ยังนำไปใช้กับเขื่อนอื่นๆ ของ กฟผ. จำนวน 14 เขื่อน อีกด้วย

วีดิทัศน์เรื่องลักษณะการสร้างเขื่อน

 เขื่อนศรีนครินทร์ เป็นเขื่อนอเนกประสงค์ ที่ใช้ความสามารถในการกักเก็บน้ำของเขื่อนได้อย่างหลากหลาย ทั้งเพื่อการชลประทาน บรรทุกเทาอุทกภัย การคมนาคมทางน้ำ ผลักดันน้ำเค็ม และการผลิตไฟฟ้า เป็นต้น ซึ่งการบริหารจัดการน้ำนั้น จะปรับเปลี่ยนแปลงไปตามปริมาณน้ำต้นทุน ที่คำนวณจากปริมาณน้ำในอ่างเก็บน้ำช่วงสิ้นเดือนตุลาคม ซึ่งเป็นช่วงปลายฤดูฝนของทุกปี โดยบุคคลทั่วไปสามารถเข้าถึงข้อมูลปริมาณของเขื่อนต่างๆ ได้ ผ่านเว็บไซต์ของการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฝผ.) ที่ http://snr.egat.com

รูปที่ 1 กราฟแสดงปริมาณน้ำของเขื่อนศรีนครินทร์

การบริหารจัดการน้ำนั้น แบ่งออกเป็น 2 ช่วง คือ การจัดการน้ำในช่วงฤดูแล้ง จะเน้นการปล่อยน้ำเพื่อการชลประทานเป็นหลัก ทำให้น้ำในอ่างเก็บมีปริมาณลดลง ในปีที่มีน้ำต้นทุนน้อยอาจทำให้เกิดวิกฤติการณ์ขาดแคลนน้ำได้ ส่วนการจัดการน้ำในช่วงฤดูฝน จะเน้นการกักเก็บเพื่อสำรองไว้ใช้ในอนาคต หรือในปีที่มีปริมาณน้ำมาก เขื่อนจะทำหน้ากักเก็บเพื่อบรรเทาอุทกภัย อย่างที่เคยเกิดขึ้นในปี พ.ศ.2554 การผลิตไฟฟ้าของเขื่อนศรีนครินทร์ ถือว่าเป็นผลพลอยได้จากการปล่อยน้ำเพื่อการชลประทาน กล่าวคือ ในแต่ละวัน กรมชลประทานจะแจ้งปริมาณน้ำที่ต้องการให้เขื่อนทราบ หน้าที่ของเขื่อน คือ ปล่อยน้ำตามความต้องการของกรมชลประทาน แต่จะปล่อยในช่วงเวลาตามที่ กฝผ. กำหนดให้ เพื่อให้สอดคล้องกับความต้องการใช้พลังงานไฟฟ้าของประเทศไทย

การผลิตไฟฟ้าด้วยพลังน้ำของเขื่อนศรีนครินทร์นั้น แม้จะไม่ใช่หน้าที่หลัก แต่ในทุกๆ วัน เขื่อนศรีนครินทร์จะต้องเดินเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เพื่อผลิตไฟฟ้าจ่ายในระบบทุกวัน โดยเฉพาะในช่วงเวลาที่มีความต้องใช้พลังงานไฟฟ้าในปริมาณมาก เช่น ในช่วงเวลาทำงานช่วงเช้า ช่วงบ่าย และช่วงพลบค่ำของทุกวัน ส่วนในช่วงกลางวันและช่วงดึก ความต้องการใช้พลังงานไฟฟ้าจะลดลง จึงไม่มีการเดินเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในช่วงเวลาดังกล่าว ซึ่งข้อดีของการผลิตไฟฟ้าด้วยพลังน้ำ คือ สามารถเริ่มเดินเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้อย่างรวดเร็ว ภายในเวลา 3 – 5 นาที เท่านั้น แตกต่างจากการผลิตไฟฟ้าด้วยแหล่งพลังงานอื่นๆ เช่น แหล่งพลังงานความร้อนที่ได้จากการเผาไหม้เชื้อเพลิงอย่าง ถ่านหิน หรือน้ำมัน ที่ต้องใช้เวลามากในการเริ่มเดินเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

  
รูปที่ 2 แผงควบคุมการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (ซ้าย) และจอแสดงสถานะการทำงาน (กลาง-ขวา)

ด้วยข้อดีของการผลิตไฟฟ้าด้วยพลังน้ำที่สามารถเริ่มการผลิตได้อย่างรวดเร็ว ทำให้เขื่อนศรีนครินทร์มีบทบาทสำคัญอีกอย่างหนึ่ง คือ ทำหน้าที่ผลิตไฟฟ้าในสภาวะขาดแคลนไฟฟ้าอย่างกะทันหัน เช่น ระบบไฟฟ้าขัดข้อง หรือที่เรียกว่า Blackout หรือมีความต้องการใช้พลังงานไฟฟ้ามากกว่าปกติ เขื่อนจะทำหน้าที่เสมือนเป็นแหล่งกักเก็บพลังงานไฟฟ้า ที่พร้อมจ่ายไฟฟ้าเข้าสู้ระบบภายในเวลาไม่เกิน 5 นาที นอกจากนี้ เขื่อนศรีนครินทร์ยังมีความพิเศษ ที่สามารถสูบน้ำกลับเข้าสู่อ่างเก็บน้ำ เพื่อลดปริมาณไฟฟ้าส่วนเกินในระบบ ในช่วงที่มีความต้องใช้พลังงานไฟฟ้าน้อย พลังงานไฟฟ้าส่วนเกินนี้ จะถูกเปลี่ยนรูปแบบพลังงานเป็นพลังงานศักย์โน้มถ่วงของน้ำที่อยู่ในอ่างเก็บน้ำเหนือนั้นเอง

การบริหารจัดการน้ำของเขื่อนศรีนครินทร์แห่งนี้ หน้าที่หลักๆ คือ การจัดการน้ำเพื่อการชลประทาน ส่วนหน้าที่รอง ซึ่งมีสำคัญไม่ยิ่งหย่อนกว่ากัน คือ การผลิตไฟฟ้า และกักเก็บพลังงานไฟฟ้าทางอ้อม โดยอาศัยการเปลี่ยนรูปพลังงานจากพลังงานศักย์โน้มถ่วง เป็นพลังงานไฟฟ้า โดยใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ดังนั้น อาจเรียกหน้าที่รองของเขื่อนนี้ว่า เป็นเสมือนแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ของประเทศก็คงไม่ผิดนัก

วีดิทัศน์เรื่องการบริหารจัดการน้ำของเขื่อนศรีนครินทร์

การผลิตไฟฟ้าของเขื่อนศรีนครินทร์ เริ่มต้นตั้งแต่ การปล่อยน้ำเข้าโรงไฟฟ้า เพื่อหมุนกังหันขนาดใหญ่ที่ยึดติดกับแกนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แล้วจึงได้พลังงานไฟฟ้า ที่พร้อมส่งไปตามสายส่งไฟฟ้า โดยในบทความนี้ เราจะเจาะกันในแต่ละองค์ประกอบของการผลิตไฟฟ้าด้วยพลังงานกัน

    1. การปล่อยน้ำเข้าโรงไฟฟ้า

เขื่อนศรีนครินทร์นั้น ได้ก่อสร้างขึ้นระหว่างช่องเขา ซึ่งเรามักจะเข้าใจกันว่าตัวเขื่อนนั้น อยู่บริเวณสันเขื่อนเท่านั้น อันที่จริง ขอบเขตของเขื่อนศรีนครินทร์นั้น เริ่มตั้งแต่ทางน้ำล้น (spillway) ต่อเนื่องถึงช่องทางน้ำเข้าโรงไฟฟ้า (intake) และตัวเขื่อน ที่เป็นจุดชมวิวทิวทัศน์ของอ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่ เขื่อนแต่ละส่วนมีหน้าที่เฉพาะ แตกต่างกันออกไป ดังนี้

- ทางน้ำล้น มีหน้าที่ตรงตามชื่อ คือ ระบายน้ำส่วนที่เกินความจุของเขื่อนออก ซึ่งนับตั้งแต่เริ่มต้นใช้เขื่อน ทางน้ำล้นนี้ ยังไม่เคยมีความจำเป็นต้องใช้เลย

- ทางน้ำเข้าโรงไฟฟ้า เป็นช่องทางสำหรับปล่อยน้ำเข้าไปยังเครื่องกังหันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ภายในโรงไฟฟ้า ในสภาวะปกตินี่เป็นเพียงช่องเดียวที่ใช้ในการระบายน้ำออกจากอ่างเก็บน้ำ

- เขื่อนกักเก็บน้ำ มีหน้าที่กั้นน้ำไว้ในอ่างเก็บน้ำ โดยไม่มีการระบายน้ำผ่านตัวเขื่อน

รูปที่ 1 เขื่อนศรีนครินทร์ (ภาพจาก http://snr.egat.com)

ปริมาณน้ำที่เข้าโรงไฟฟ้าจะถูกควบคุม โดยการปล่อยน้ำผ่านประตูปล่อยน้ำ (sluice gate) ที่สูงขึ้นไปจากโรงไฟฟ้ากว่า 100 เมตร แล้วส่งผ่านไปตามท่อส่งน้ำ (penstock) ทะลุลงไปใต้ดิน ซึ่งเป็นติดตั้งกังหันและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า อยู่ภายในอาคารของโรงไฟฟ้าพลังน้ำ (hydroelectric power plants)

รูปที่ 2 การปล่อยน้ำเข้าโรงไฟฟ้าพลังน้ำ

2.  กังหันน้ำ

กังหันน้ำในเขื่อน ทำหน้ารับแรงจากความดันของน้ำ แล้วเปลี่ยนเป็นการเคลื่อนที่แบบหมุน โดยกังหัน จะถูกยึดติดกับแกนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ตัวกังหันจะถูกล้อมรอบด้วยท่อที่มีลักษณะเป็นวง หรือเรียกว่า scroll case ซึ่งปริมาณน้ำที่ไหลเข้ากังหังนั้น สามารถควบคุมได้ด้วยประตูน้ำขนาดเล็ก (wicket gate) ที่อยู่รอบกังหัน โดยปริมาณน้ำนี้ จะเป็นตัวควบคุมอัตราการหมุนของแกนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอีกที ซึ่งอัตราการหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้านี้ จะมีการเปลี่ยนแปลงไปตามปริมาณการใช้ไฟฟ้าภายในประเทศ กล่าวคือ หากปริมาณการใช้ไฟฟ้ามาก อัตราเร็วการหมุนจะลดลง ในทางกลับกัน หากปริมาณการใช้ไฟฟ้าน้อย อัตราเร็วการหมุนจะเพิ่มขึ้น ทำให้ความถี่ของกระแสไฟฟ้าที่จ่ายออกไปนั้น มีการเปลี่ยนแปลงไป ดังนั้น เราจึงต้องปรับ wicket gate ให้น้ำที่ไหลเข้ากังหันมีปริมาณที่เหมาะสม

รูปที่ 3 กังหันน้ำที่ใช้ในโรงไฟฟ้าพลังน้ำ

 3. เครื่องกำเนิดไฟฟ้า

เครื่องกำเนิดไฟฟ้านั้น มีหลากหลายประเภท แต่ไม่ว่าจะกี่ประเภทก็มีหน้าที่เปลี่ยนรูปพลังงาน จากพลังงานกลให้เป็นพลังงานไฟฟ้า ซึ่งมีหลักการพื้นฐานเหมือนกันทั้งหมด นั่นคือ อาศัยการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กที่ตัดผ่านระนาบของขดลวด ตามกฎของฟาราเดย์ ที่ถูกเขียนเป็นสมการ ดังนี้

เมื่อสนามแม่เหล็กที่พุ่งผ่านบริเวณใดๆ เกิดการเปลี่ยนแปลง

จะทำให้เกิดสนามไฟฟ้าที่มีลักษณะเป็นวงล้อมรอบบริเวณนั้น”

จากข้อความนี้ ดูเหมือนว่า จะไม่มีการเกิดกระแสไฟฟ้า แต่ที่จริงแล้ว เมื่อเกิดสนามไฟฟ้า ประจุอิสระที่อยู่ในสนามไฟฟ้านั้นก็จะเกิดการเคลื่อนที่ กลายเป็นกระแสไฟฟ้านั่นเอง เมื่อรู้อย่างนี้แล้ว เกิดผลิตไฟฟ้าก็ไม่ใช่เรื่องยากอีกต่อไปนี้ เราสามารถผลิตไฟฟ้าได้ง่ายๆ แค่นำขดลวดมา 1 ขด แล้วก็นำแท่งแม่เหล็กเคลื่อนที่เข้าออกผ่านขดลวด แค่นี้ก็ได้พลังงานไฟฟ้าแล้ว

สำหรับการผลิตไฟฟ้า การเคลื่อนแท่งสนามแม่เหล็กเข้าออกขดลวด คงไม่สามารถผลิตไฟฟ้าในปริมาณมากๆ ได้ ดังนั้น โรงไฟฟ้าทุกประเภท จะต้องมีเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โดยได้แท่งแม่เหล็กผ่านด้านหน้าของขดลวดที่อยู่นิ่ง แทนการเคลื่อนแท่งแม่เหล็กเข้าออก ซึ่งทำให้ได้กระแสไฟฟ้าออกมาอย่างต่อเนื่อง และมีปริมาณมาก เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้กันโรงไฟฟ้า เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัส หรือ synchronous generator ซึ่งติดตั้งอยู่เหนือกังหัน

รูปที่ 4   ภายในโรงไฟฟ้าพลังน้ำ (ซ้าย) แบบจำลองการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (กลาง) และช่องติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และกังหัน (ขวา)

สำหรับ synchronous generator ภายในเครื่องแบ่งออกเป็น 2 ส่วน ได้แก่

- ส่วนหมุน

รูปที่ 5   ขั้นตอนการประกอบส่วนหมุน (บน) ส่วนหมุนกำลังประกอบในขั้นตอนที่ 4 (ล่างซ้าย) และแผ่นโลหะที่ใช้ประกอบเป็นแกนโลหะของส่วนหมุน (ล่างขวา)

ส่วนหมุน หรือ rotor ที่ทำหน้าที่เสมือนเป็นแท่งแม่เหล็ก แต่ด้วยขนาดของเครื่องที่ใหญ่พอๆ กับรถบรรทุก จึงเป็นไม่ได้ที่จะใช้แท่งแม่เหล็กถาวรมาทำเป็นแกน ดังนั้น ในส่วน rotor เราจึงใช้สนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำ ที่เกิดจากไฟฟ้ากระแสตรงที่จ่ายให้กับชุดขดลวดในส่วน rotor ซึ่งหลักการพื้นฐานของการสร้างสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำนี้ เป็นไปกฎของแอมแปร์-แมกซ์เวลล์ (Ampère-Maxwell law) ตามสมการ

เมื่อพิจารณาความหมายทั้งสมการ ทำให้ทราบว่าสนามแม่เหล็กสามารถเกิดได้ 2 กรณี ดังนี้

“สนามแม่เหล็กที่ลักษณะเป็นวงปิด จะเกิดล้อมรอบบริเวณที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน (อธิบายโดย แอมแปร์)

หรือ เกิดล้อมรอบบริเวณที่มีสนามไฟฟ้าที่ไม่คงตัว พุ่งผ่าน (อธิบายโดย แมกซ์เวลล์)”

โดยส่วนหมุนจะสร้างสนามแม่เหล็กด้วยการจ่ายไฟฟ้ากระแสตรง (direct-current หรือ DC) 125 โวลต์ ผ่านขั้วไฟฟ้าบริเวณส่วนบนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โดยในขั้นเริ่มต้น จะต้องจ่ายไฟฟ้าจากแหล่งภายนอกเข้าไปก่อน เพื่อทำให้ส่วนหมุนมีอัตราการหมุนตามที่กำหนด จากนั้น จึงปล่อยน้ำเข้าสู่กังหัน เพื่อเริ่มผลิตไฟฟ้า เมื่อผลิตไฟฟ้าได้แล้ว จะแบ่งไฟฟ้ากระแสสลับ (alternating-current หรือ AC) ส่วนหนึ่งมาแปลงเป็นไฟฟ้ากระแสตรง แล้วจ่ายกลับเข้าไปแทนแหล่งพลังงานภายนอกเพื่อสร้างสนามแม่เหล็ก

รูปที่ 6 ขั้วไฟฟ้ากระแสตรงบริเวณส่วนบนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ในเขื่อนศรีนครินทร์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมายเลข 1-3 จะใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบที่มีสนามแม่เหล็กที่ขั้วเหนือ-ใต้ วางสับทั้งหมด 36 ขั้ว และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมายเลข 4 และ 5 จะมีขั้วแม่เหล็ก 40 ขั้ว ซึ่งจำนวนขั้วของสนามแม่เหล็กนี้ จะต้องเป็นเลขคู่เสมอ

อัตราการหมุนของแกนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า จะถูกควบคุมให้คงที่ หากอัตราการหมุนเปลี่ยน จะทำให้ความถี่ของไฟฟ้ากระแสสลับที่ได้ มีค่าเปลี่ยนไปด้วย ซึ่งอัตราการหมุนของแกนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า สามารถคำนวณได้จากความสัมพันธ์ตามสมการนี้

ตัวอย่าง ในกรณีของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมายเลข 1-3 แกนของเครื่องจะมีอัตราการหมุน 166.6 รอบต่อนาที ซึ่งเราคำนวณได้ โดยกำหนดให้ความถี่ไฟฟ้ากระแสสลับที่ต้องการเท่ากับ 50 เฮริตซ์ และจำนวนขั้วสนามแม่เหล็กเท่ากับ 36 ขั้ว ซึ่งอัตราการหมุนสามารถควบคุมได้จากปริมาณน้ำที่ไหลผ่านกังหันนั่นเอง

รูปที่ 7 จอแสดงค่าอัตราการหมุน กำลังการผลิต และความถี่ของกระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้

- ส่วนอยู่นิ่ง

รูปที่ 8   ขั้นตอนการประกอบส่วนอยู่นิ่ง (บน) ชิ้นส่วนของส่วนหมุน (ล่างซ้าย) และลักษณะของเส้นลวดทองแดงภายในส่วนอยู่นิ่ง (ล่างขวา)

ส่วนอยู่นิ่ง หรือ stator ซึ่งประกอบด้วยขดลวดจำนวนหลายขดมาจัดเรียงต่อกันเป็นลักษณะวงแหวน เมื่อสนามแม่เหล็กจากส่วนหมุนเคลื่อนที่ผ่าน จะเหนี่ยวนำทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้นในขดลวด โดยเป็นไปตามกฎของฟาราเดย์ตามที่ได้กล่าวในตอนต้น ขดลวดในส่วนอยู่นิ่งจะเชื่อมเข้าด้วยกันเป็นชุดๆ ทั้งหมด 3 ชุด แต่ละชุดจะผลิตไฟฟ้ากระแสสลับที่เฟสตรงกัน ดังนั้น เครื่องกำเนิดไฟฟ้านี้ จึงผลิตไฟฟ้ากระแสสลับออกมาทั้งหมด 3 เฟส นั่นเอง

ไฟฟ้าที่ผลิตได้จากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมายเลข 1-3 แต่ละเครื่อง จะได้ไฟฟ้ากระแสสลับที่มีเฟสต่างกัน 120 องศา จำนวน 3 เฟส แต่ละเฟส มีแรงเคลื่อนไฟฟ้า หรือ แรงดันไฟฟ้า 13.8 กิโลโวลต์ หลังจากนั้น ไฟฟ้าที่ได้จะถูกแปลงแรงเคลื่อนที่ให้เพิ่มขึ้นเป็น 230 กิโลโวลต์ เพื่อตรวจจ่ายเข้าสู่โครงข่ายไฟฟ้าของการไฟฟ้าต่อไป

วีดิทัศน์เรื่องเขื่อนผลิตไฟฟ้าได้อย่างไร

 เขื่อนศรีนครินทร์ มีเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (electric generator) ทั้งหมด 5 เครื่อง โดยเครื่องที่ 1-3 มีกำลังการผลิตสูงสุดแต่ละเครื่อง 120 เมกะวัตต์ และเครื่องที่ 4-5 เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าระบบสูบกลับ มีกำลังการผลิตสูงสุดแต่ละเครื่อง 180 เมกะวัตต์ รวมมีกำลังการผลิต 720 เมกะวัตต์ โดยหน่วย วัตต์ (W) นี้ ก็คือ ค่าของงานหรือพลังงานใน 1 วินาที ซึ่งงานหรือพลังงานมีหน่วยเป็น จูล (J) ดังนั้น วัตต์ จะเท่ากับ จูลต่อวินาที นั่นเอง ลองพิจารณาตัวอย่างด้านนี้ เพื่อความเข้าใจที่มากขึ้น

1 วัตต์ เท่ากับ งานในการยกขวดน้ำมวล 1 กิโลกรัม ให้สูงขึ้น 1 เมตร ภายใน 1 วินาที

ดังนั้น 720 เมกะวัตต์ ก็เท่ากับ การยกน้ำที่มีมวล 720 ล้านกิโลกรัม หรือเท่ากับน้ำขวด 1 ลิตร จำนวน 720 ล้านขวด ยกสูงขึ้น 1 เมตร ในเวลา 1 วินาที จัดว่าเป็นกำลังงานที่มหาศาลมาก ซึ่งถูกปล่อยออกจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ด้วยกระแสไฟฟ้าที่มีแรงเคลื่อนไฟฟ้า หรือ แรงดันไฟฟ้า 13.8 กิโลโวลต์

แรงเคลื่อนไฟฟ้า หรือ แรงดันไฟฟ้า ที่จริงแล้วปริมาณนี้ไม่ใช่แรง แต่เป็นพลังงานที่ประจุได้รับจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งมีหน่วยเป็นจูลต่อคูลอมบ์ หรือโวลต์ นั่นเอง โดย คูลอมบ์ เป็นหน่วยของประจุไฟฟ้า เช่น อิเล็กตรอนมีประจุขนาด 1.602×10^-19 คูลอมบ์ ดังนั้น แรงเคลื่อนที่ไฟฟ้า 13.8 กิโลโวลต์ จึงหมายถึง พลังงาน 13.8 กิโลจูล ต่อประจุ 1 คูลอมบ์ สำหรับขั้นตอนต่อไป กระแสไฟฟ้าจะถูกปรับแรงเคลื่อนที่ให้เพิ่มขึ้นเป็น 230 กิโลโวลต์ หรือ ปรับให้พลังงานต่อประจุ 1 คูลอมบ์ มีค่าขึ้น แล้วส่งไปยังลานไก (switchyard) ที่ทำหน้าจ่ายไฟฟ้าไปยังสถานีไฟฟ้าต่างๆ ซึ่งแรงเคลื่อนไฟฟ้าจะถูกปรับลดลงเป็น 115 กิโลโวลต์ แล้วส่งไปยังการไฟฟ้านครหลวงหรือการไฟฟ้าส่วนภูมิภาค ซึ่งแรงเคลื่อนไฟฟ้าจะถูกปรับลดลงเป็น 22.0 กิโลโวลต์ และ 220 โวลต์ เข้าสู่อาคารที่อยู่อาศัย

 
รูปที่ 1 หม้อแปลงไฟฟ้าจาก 13.8 กิโลโวลต์ เป็น 230 กิโลโวลต์ (ซ้าย) และลานไกไฟฟ้า (ขวา)

เราสามารถระบุแรงเคลื่อนไฟฟ้าในสายส่งได้อย่างคร่าว ๆ โดยสังเกตจากลักษณะของเสาไฟฟ้า และจำนวนลูกถ้วย ที่เป็นอุปกรณ์รองรับสายไฟฟ้าแรงสูง ซึ่งมีสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้า ทำหน้าที่ป้องกันกระแสไฟฟ้าผ่านจากสายไฟฟ้าไปสู่โครงสร้างเสาไฟฟ้า

 
รูปที่ 2   ลักษณะของเสาส่งไฟฟ้าแรงสูง (ซ้าย) และจำนวนลูกถ้วย (ขวา) ที่ใช้กับไฟฟ้าที่มีแรงเคลื่อนไฟฟ้าขนาดต่างๆ (ข้อมูลจาก https://www.egat.co.th)

การปรับแรงเคลื่อนไฟฟ้าให้เพิ่มขึ้น ก่อนส่งไฟฟ้าไประยะทางไกลๆ สามารถช่วยลดการสูญเสียพลังงานไฟฟ้าในสายส่งได้ ดังตัวอย่าง ต่อไปนี้

เมื่อเปรียบเทียบการสูญเสียพลังงานใน 1 วินาที กรณี 1 สูญเสียพลังงาน 1.57 เมกะจูล และกรณี 2 สูญเสียพลังงาน 0.0939 เมกะจูล จะเห็นได้ว่า มีความแตกต่างกันอย่างชัดเจน ด้วยเหตุนี้ ในการส่งไฟฟ้าเป็นระยะไกลๆ จึงต้องเพิ่มแรงเคลื่อนไฟฟ้า หรือ แรงดันไฟฟ้า ให้สูงขึ้น

วีดิทัศน์เรื่องศูนย์กระจายกระแสไฟฟ้า

 เขื่อนศรีนครินทร์ เป็นโรงไฟฟ้าพลังน้ำที่ติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้าระบบสูบกลับถึง 2 เครื่อง จากทั้งหมด 5 เครื่อง โดยจะสูบน้ำจากท้ายเขื่อนกลับขึ้นไปยังอ่างเก็บน้ำ ในช่วงเวลาที่ปริมาณความต้องการไฟฟ้ามีน้อย และมีปริมาณไฟฟ้าเกินในระบบ เมื่อกล่าวถึงข้อความนี้ หลายคนคงเกิดความสงสัยในประเด็นต่างๆ ดังนี้

คำถาม:  ถ้ามีความต้องการไฟฟ้าน้อย ทำไมจึงไม่ลดปริมาณการผลิตไฟฟ้า

คำตอบ: การลดปริมาณการผลิตไฟฟ้า หรือหยุดเดินเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ไม่ใช่ทางเลือกที่ดีสำหรับโรงไฟฟ้า โดยเฉพาะโรงไฟฟ้าพลังความร้อนประเภทต่างๆ ซึ่งมีกำลังการผลิตมากกว่า 90% ของการผลิตทั้งหมด เนื่องจากโรงไฟฟ้าพลังความร้อน ใช้ความร้อนในการต้มของเหลวให้กลายเป็นไอ แล้วต้องรอเป็นชั่วโมง เพื่อให้ได้ความดันไอของของเหลวสูงพอที่จะใช้งาน ทำให้การหยุดแล้วเริ่มการผลิตนั้น เป็นกระบวนการที่ใช้เวลามาก ดังนั้น โรงไฟฟ้าพลังความร้อน มักจะผลิตไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง ไม่แปรตามความต้องการไฟฟ้า

รูปที่ 1 สัดส่วนกำลังผลิตรวม แยกตามประเภทโรงไฟฟ้า (ข้อมูลจาก www.egat.co.th)

นอกจากนี้ การส่งเสริมการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ และพลังลม ตามนโยบายของกระทรวงพลังงาน ส่งผลให้มีปริมาณไฟฟ้าเข้าระบบมากขึ้นในบางช่วงเวลา เช่น ช่วงกลางวันที่แดดออก หรือช่วงเวลาที่มีลมพัดอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งบางครั้ง ทำให้ปริมาณไฟฟ้ามากเกินความต้องการ

 
รูปที่ 2   กังหันลม (ซ้าย) และแผงเซลล์สุริยะ (ขวา) สำหรับผลิตไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียน (ภาพจาก กระทรวงพลังงาน http://webkc.dede.go.th)

คำถาม:  ทราบความต้องการใช้ไฟฟ้าของประเทศ ขณะเวลาต่างๆ ได้อย่างไร

คำตอบ: เราสามารถทราบความต้องการใช้ไฟฟ้า ขณะเวลาต่างๆ ได้ โดยสังเกตค่าความถี่ของไฟฟ้ากระแสสลับที่เราใช้ เนื่องจากปริมาณการใช้ไฟฟ้า มีผลต่อการหมุนของเครื่องกำหนดไฟฟ้า ดังนี้

- กำลังการผลิตน้อยกว่าความต้องการ อัตราการหมุนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะถูกหน่วงให้ช้าลง อัตราการหมุนลดลง ความถี่ของไฟฟ้ากระแสสลับที่ผลิตได้จะมีค่าน้อยลงด้วย

- กำลังการผลิตมากกว่าความต้องการ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะหมุนได้คล่องขึ้น ทำให้อัตราการหมุนเพิ่มขึ้น ความถี่ของไฟฟ้ากระแสสลับที่ผลิตได้จะมีค่ามากขึ้นด้วย

คำถาม:  ช่วงเวลาใด ที่ความต้องการไฟฟ้ามีปริมาณน้อย

คำตอบ: ในแต่ละวัน ความต้องการไฟฟ้าจะลดลงในช่วงกลางวัน ซึ่งตรงกันช่วงพักเที่ยง และช่วงดึก ที่คนส่วนใหญ่นอนหลับ นอกจากนี้ สภาพภูมิอากาศก็มีผลต่อการใช้ไฟฟ้าอีก

คำถาม:  ทำไม จึงไม่กักเก็บไฟฟ้าส่วนที่เกินความต้องการ สำรองไว้ใช้ภายหลัง

คำตอบ: ในปัจจุบัน ยังไม่มีเทคโนโลยีที่สามารถกักเก็บพัลงงานไฟฟ้าในปริมาณมากๆได้ อุปกรณ์กักเก็บพลังงานไฟฟ้า อย่างเช่น แบตเตอรี่ที่กักเก็บพลังงานไฟฟ้าโดยอาศัยปฏิกิริยาเคมี หรือ ตัวประจุที่กักเก็บพลังงานไฟฟ้าในรูปของพลังงานศักย์ไฟฟ้าโดยตรง อุปกรณ์เหล่านี้ ไม่สามารถกักเก็บไฟฟ้าในปริมาณมากๆ ได้

คำถาม:  จะเป็นอย่างไร หากไม่มีการจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าส่วนที่เกินความต้องการ

คำตอบ: หากไม่มีการจัดเก็บไฟฟ้าที่เกินความต้องการ ไฟฟ้าส่วนนี้จะคงอยู่ในระบบโครงข่ายไฟฟ้า และสูญเสียพลังงานไปในรูปของความร้อนที่เกิดขึ้นกับสายส่ง

คำถาม:  โรงไฟฟ้าพลังน้ำระบบสูบกลับ สามารถกักเก็บพลังงานไฟฟ้าส่วนเกินไว้ได้อย่างไร

คำตอบ: โรงไฟฟ้าพลังน้ำระบบสูบกลับ จะนำพลังงานไฟฟ้าส่วนเกินจ่ายกลับเข้าเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ทำให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำหน้าที่เป็นมอเตอร์ไฟฟ้า เพื่อหมุนกังหันน้ำให้ผลักดันน้ำจากท้ายเขื่อนขึ้นไปยังอ่างเก็บน้ำ ทำให้พลังงานศักย์โน้มถ่วงของน้ำเหล่านั้นเพิ่มขึ้น จึงกล่าวได้ว่า โรงไฟฟ้าพลังน้ำระบบสูบกลับ ทำหน้าที่เปลี่ยนรูปจากพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานศักย์โน้มถ่วงของน้ำ นั่นเอง

คำถาม:  ทำไมเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจึงทำหน้าที่เป็นมอเตอร์ไฟฟ้าได้

คำตอบ: เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและมอเตอร์ไฟฟ้า ต่างก็มีองค์ประกอบพื้นฐานเหมือนกัน คือ ขดลวด และสนามแม่เหล็ก แต่มีการทำงานต่างกัน ดังนี้

- เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า โดยออกแรงหมุนแม่เหล็ก ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กที่ผ่านขดลวดเปลี่ยนแปลง เกิดเป็นกระแสไฟฟ้าขึ้น

- มอเตอร์ไฟฟ้า ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล โดยให้ไฟฟ้ากับขดลวด เกิดสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำ แล้วเกิดแรงดึงดูดหรือผลักกับสนามแม่เหล็ก ทำให้เกิดการหมุนขึ้น

คำถาม:  โรงไฟฟ้าพลังน้ำระบบสูบกลับ สามารถทำได้ทุกเขื่อนหรือไม่ อย่างไร

คำตอบ: โรงไฟฟ้าพลังน้ำระบบสูบกลับ ไม่สามารถทำได้กับทุกเขื่อน จะต้องมีการออกแบบและระบบการจัดการน้ำ เพื่อรองรับระบบสูบกลับ ดังนี้

-          การออกแบบท่อส่งน้ำ ต้องสอดคล้องกับตำแหน่งกังหันน้ำ เนื่องจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าระบบสูบกลับ มีตำแหน่งของกังหันต่ำกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ไม่มีระบบสูบกลับ ซึ่งทำให้ตำแหน่งของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอยู่ต่ำกว่าด้วย ตำแหน่งกังหันน้ำที่ต่ำลง ทำให้สามารถสูบน้ำที่มีระดับต่ำจากท้ายเขื่อนได้

รูปที่ 3   ท่อส่งน้ำ (ซ้าย) ลักษณะการติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้าระบบสูบกลับ (บน-ขวา) และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ไม่มีระบบสูบกลับ (ล่าง-ขวา)

-  การจัดการน้ำท้ายเขื่อน เนื่องจากปริมาณน้ำท้ายเขื่อน จะต้องอยู่ในระดับที่กังหันน้ำสามารถสูบกลับได้ จึงจำเป็นที่จะต้องมีเขื่อนอีกหนึ่งเขื่อน เพื่อรักษาระดับให้เหมาะสมกับการสูบกลับ สำหรับเขื่อนศรีนครินทร์ จะมีเขื่อนท่าทุ่งนาที่อยู่ห่างออกไปประมาณ 30 กิโลเมตร ทางทิศใต้

รูปที่ 4   ปริมาณน้ำในอ่างเก็บน้ำของเขื่อนศรีนครินทร์ (ซ้าย) และเขื่อนท่าทุ่งนา (ขวา) (ข้อมูลจาก http://snr.egat.com)

วีดิทัศน์เรื่องการผลิตไฟฟ้าแบบสูบกลับ

เขื่อนศรีนครินทร์ เป็นเขื่อนเอนกประสงค์แห่งแรกในลุ่มน้ำแม่กลอง สามารถตอบสนองและสนับสนุนการบริหารจัดการได้อย่างหลากหลาย ดังนี้

1. การชลประทาน เป็นหน้าที่หลักของเขื่อนศรีนครินทร์ ช่วยกักเก็บหรือชะลอน้ำในฤดูน้ำหลาก และแจกจ่ายน้ำในฤดูแล้ง โดยทำงานประสานกับเขื่อนแม่กลอง เพื่อจ่ายน้ำเข้าสู่พื้นที่การเกษตรเนื้อที่กว่า 4 ล้านไร่

รูปที่ 1 แผนที่แสดงตำแหน่งเขื่อนศรีนครินทร์ เขื่อนท่าทุ่งนา และเขื่อนแม่กลอง

2.การผลิตไฟฟ้า เป็นการใช้ประโยชน์จากพลังงานศักย์โน้มถ่วงของน้ำภายในอ่างเก็บน้ำ โดยเปลี่ยนพลังงานศักย์โน้มถ่วงเป็นพลังงานไฟฟ้า ขณะปล่อยน้ำเพื่อการชลประทาน โดยปริมาณน้ำที่ต้องการปล่อยในแต่ละวัน กรมชลประทานจะเป็นผู้กำหนด สำหรับช่วงเวลาการปล่อยน้ำในแต่ละวัน การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.) ที่ตั้งอยู่จังหวัดนนทบุรี จะเป็นผู้กำหนด โดยกำหนดตามความต้องการใช้ไฟฟ้าในช่วงเวลานั้นๆ

3.บรรเทาอุทกภัย เขื่อนจะทำหน้าที่กักเก็บน้ำไว้ในช่วงฤดูมรสุม ช่วยลดปริมาณที่อาจไหลหลากเข้าท่วมในพื้นที่ลุ่มน้ำแม่กลองได้

4.การคมนาคม น้ำจากเขื่อนจะช่วยรักษาระดับความลึกของแม่น้ำให้อยู่ในระดับที่สามารถเดินเรือได้อย่างสะดวก และปลอดภัย

5.การผลักดันน้ำเค็ม มีความสำคัญอย่างมากต่อสิ่งแวดล้อม น้ำจืดจากเขื่อนจะผลักดันน้ำเค็ม ที่ลุกเข้ามาทำความเสียหายพื้นที่การเกษตร และการประมงในช่วงฤดูแล้ง

6.การท่องเที่ยว เขื่อนศรีนครินทร์จัดเป็นแหล่งท่องเที่ยวที่มีความสวยงาม และมีแหล่งเรียนรู้มากมาย เช่น ศูนย์เรียนรู้ราชานุรักษ์ สวนเวลารำลึก และโครงการวิจัยระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์ เป็นต้น นอกจากนี้ ทัศนียภาพของอ่างเก็บน้ำที่มีความสวยงาม ยังเป็นแหล่งพักผ่อนของนักท่องเที่ยว โดยเขื่อนศรีนครินทร์ได้เปิดโอกาสให้ผู้ประกอบการที่พัก และเรือท่องเที่ยวต่างๆ สามารถเข้ามาให้บริการได้อีกด้วย

รูปที่ 2.  แหล่งเรียนรู้ ศูนย์การเรียนรู้ราชานุรักษ์ (ซ้าย) สวนเวลารำลึก (กลาง) และ โครงการวิจัยระบบผลิตไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์ (ขวา)

วีดิทัศน์เรื่องประโยชน์ของเขื่อน

เขื่อนศรีนครินทร์สร้างระหว่างหุบเขาบริเวณแม่น้ำแควใหญ่ ทำให้สภาพภูมิประเทศเปลี่ยนแปลงไปอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ เขื่อนศรีนครินทร์ จึงจัดให้โครงการความรับผิดชอบต่อสังคมและสิ่งแวดล้อมขององค์กร หรือ CSR (ย่อจาก Corporate Social Responsibility) เพื่อสนับสนุนอาชีพ และพัฒนาความเป็นอยู่ของประชาชนที่ต้องปรับวิถีชีวิตตามการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้น นอกจากนี้ ยังมีโครงการอนุรักษ์ และฟื้นฟูสิ่งแวดล้อม เพื่อลดผลกระทบที่เกิดขึ้น โดยดำเนินการร่วมกับประชาชน ตามคติพจน์ “ชาวเขื่อนเพื่อนชาวบ้าน พลังน้ำพลังชุมชน” ซึ่งมีการสนับสนุนในด้านต่างๆ ดังนี้

1. ด้านการเกษตร จัดให้มีโครงการชีววิถีเพื่อการพัฒนาอย่างยั่งยืน โดยแนะนำองค์ความรู้ใหม่ๆ ด้านการเกษตรให้แก่ประชาชน พร้อมกับการปลูกฝังความรู้เรื่องการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อม ด้วยโครงการอนุรักษ์พันธุกรรมพืชอันเนื่องมาจากพระราชดำริ

รูปที่ 1 การดำเนินงานต่างๆ ทางด้านเกษตรกรรม

2. ด้านปศุสัตว์ ได้มีการสนับสนุนได้ประชาชนเลี้ยงสุกรในคอก หรือที่เรียกว่า หมูหลุม เลี้ยงไก่ไข่ และเลี้ยงปลาในบ่อ เพื่อเป็นแหล่งรายได้

รูปที่ 2 การส่งเสริมทางด้านปศุสัตว์

3.ด้านการประมง มีการเพาะพันธุ์ปลาประจำถิ่นปล่อยลงในอ่างเก็บน้ำ เพื่อชดเชยจำนวนปลาที่อาจลดลง ซึ่งอาจเป็นผลจากหลายปัจจัย อาทิเช่น

-  การทำประมงเพิ่มขึ้น เนื่องจากการก่อสร้างเขื่อน ทำให้พื่นที่การเกษตรลดลง ประชาชนจึงเปลี่ยนจากการทำเกษตรมาทำการประมง

-  แหล่งน้ำนิ่ง ปลาประจำถิ่นบริเวณลุ่มน้ำแม่กลอง จะเป็นพันธุ์ปลาที่อาศัยในแหล่งน้ำไหลเป็นส่วนใหญ่ เนื่องจากสภาพภูมิศาสตร์เดิม เป็นแม่น้ำที่มีน้ำไหลตลอดเวลา เมื่อมีเขื่อนมากั้นลำน้ำ ทำให้ไม่มีการไหลของน้ำ ซึ่งส่งผลกระทบหลักๆ ดังนี้

• ดินตะกอนไม่ถูกพัดพาออกไป ตกตะกอนอยู่ในอ่างเก็บน้ำ เกิดการทับถมและหมักหมมบริเวณลงอ่าง ซึ่งส่งผลให้คุณภาพของน้ำในอ่างเปลี่ยนแปลงไป ส่งต่อการอยู่อาศัยของปลา
• เมื่อฝนตกหนัก คุณภาพน้ำจะเปลี่ยนอย่างฉับพลัน เนื่องจากฝนน้ำที่ตกลงมาไม่สามารถไหลอย่างอิสระ ฝนน้ำที่มีความบริสุทธิ์กว่าน้ำในอ่างเก็บน้ำ จะเจือจางความเข้มข้นของแร่ธาตุต่างๆ ภายในอ่างเก็บน้ำ ทำให้ปลาไม่สามารถปรับสภาพได้ทัน ซึ่งอาจทำให้ปลาตายได้

อย่างไรก็ดี ศูนย์เพาะพันธุ์สัตว์น้ำ ได้เพาะพันธุ์ปลากินพืชปล่อยลงในอ่าง เพื่อกำจัดสาหร่าย ซึ่งเป็นสาเหตุในออกซิเจนในน้ำลดลง โดยเฉพาะเวลากลางคืน นอกจากนี้ ปลากินพืชเหล่านี้ ยังเป็นฐานของห่วงโซ่อาหาร เป็นแหล่งอาหารให้กับปลากินเนื้ออีกด้วย

-  การอพยพวางไข่ของปลา สำหรับปลาบางสายพันธุ์ที่มีการอพยพย้ายถิ่นเพื่อวางไข่ เขื่อนจะออกแบบบันไดปลาโจน เพื่อให้ปลาเหล่านี้ สามารถว่ายทวนน้ำกลับขึ้นไปวางไข่ ตามแหล่งเพาะพันธุ์ตามธรรมชาติได้

รูปที่ 3 ศูนย์เพาะพันธุ์สัตว์น้ำ สำหรับปล่อยในอ่างเก็บน้ำเหนือเขื่อน

4.  ด้านการท่องเที่ยว บริเวณอ่างเก็บน้ำของเขื่อนศรีนครินทร์ จัดเป็นสถานที่ที่มีความสวยงาม ได้รับความสนใจจากนักท่องเที่ยวจำนวนมาก เขื่อนศรีนครินทร์เปิดโอกาสในชุมชนได้มีส่วนร่วม ในการให้บริการที่พัก และเรือท่องเที่ยวให้แก่นักท่องเที่ยวทั่วไปอีกด้วย

รูปที่ 4 บรรยายแหล่งท่องเที่ยวในอ่างเก็บน้ำของเขื่อนศรีนครินทร์ (ภาพจาก http://snr.egat.com)

วีดิทัศน์เรื่องเขื่อนศรีนครินทร์กับชุมชน