การควบคุมและใช้ประโยชน์พลังงานจากน้ำ

การควบคุมและใช้ประโยชน์พลังงานจากน้ำ

ความร้อนจากดวงอาทิตย์ เผาน้ำทะเลให้กลายเป็นไอน้ำ ไอน้ำรวมกันเป็นเมฆลอยไปในที่ ต่างๆ เมฆทำให้เกิดฝนตก น้ำฝนไหลจากที่สูงลงที่ต่ำ เราสร้างเขื่อนกั้นน้ำเอาไว้เป็นการควบคุม พลังงานจากน้ำ

เขื่อนภูมิพล กักน้ำเป็นจำนวนมาก น้ำข้างหน้าเขื่อนมีระดับสูง ข้างหลังเขื่อนระดับน้ำต่ำ 

ความต่างระดับนี้เรียกว่า พลังงานศักย์เมื่อเจาะรูเขื่อน น้ำจะไหลจากหน้าเขื่อน ซึ่งมีระดับ สูงมายังหลังเขื่อนซึ่งมีระดับต่ำ เมื่อนำใบพัดไปขวางทางน้ำไว้ น้ำจะพัดให้ใบพัดหมุน เมื่อต่อแกน ของใบพัดเข้ากับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้าก็จะหมุน และจ่ายไฟฟ้าออกมา

น้ำหน้าเขื่อนและหลังเขื่อนที่แตกต่างกันทำให้เกิดพลังงานศักย์ ซึ่งอาจเปลี่ยนให้เป็นพลัง งานจลน์ได้ โดยปล่อยให้น้ำไหลจากระดับสูงลงไปสู่ระดับต่ำ

พลังงานจลน์ที่ได้จากการไหลของน้ำเมื่อนำไปหมุนกังหัน ทำให้ได้พลังงานกล เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเปลี่ยนพลังงานกลให้เป็นพลังงานไฟฟ้า

เครื่องจักรพลังน้ำ 

เครื่องจักรที่เปลี่ยนพลังงานที่ได้จากการไหลของน้ำมาเป็นพลังงานกล ได้แก่ พวกกังหันน้ำ แบบต่างๆ กังหันน้ำอย่างง่าย ได้แก่ กังหันน้ำสมัยก่อนซึ่งหมุนไปได้ โดยการบังคับน้ำให้ไหลผ่านราง มาตกบนขอบวงล้อ ที่มีลักษณะคล้ายขั้นบันได สำหรับรับแรงดันของน้ำ พลังงานกลที่เกิดขึ้นอยู่ในรูปของแรงหมุน ซึ่งจะไปหมุนเครื่องโม่แป้ง หรือเครื่องสีข้าว โดยผ่านทางเพลาของวงล้อ

กังหันน้ำสมัยใหม่มีหลักการเช่นเดียวกับกังหันน้ำสมัยก่อน แต่ดัดแปลงให้มีประสิทธิภาพ ดีขึ้น แบ่งเป็นประเภทใหญ่ได้สองประเภท 

(๑) ประเภทหัวฉีด

ประเภทนี้เรียกว่า กังหันอิมพัลส์ (impulse turbine) กังหันแบบนี้มีท่อและหัวฉีด ซึ่ง จะฉีดน้ำที่มีระดับน้ำสูง (head) เข้าไปที่ขอบ ของวงล้อเพลตัน (pelton wheel) ซึ่งตั้งตามชื่อเลสตัน เอ. เพลตัน (Leston A. Pelton) ผู้ได้จดสิทธิบัตรสิ่งประดิษฐ์นี้ ในปี พ.ศ. ๒๔๒๓ น้ำที่ฉีดออกมา ด้วยความแรงเมื่อชนใบพัดที่ติดอยู่ตามขอบวงล้อจะทำให้วงล้อหมุนไปในทิศทางเดียวกับน้ำที่ฉีด

พลังงานของน้ำที่ไปหมุนวงล้อขึ้นอยู่กับค่าของระดับน้ำ ตามสูตร

(๒) ประเภทอาศัยแรงปฏิกิริยา

ประเภทนี้เรียกว่า กังหันรีแอคชัน (reaction turbine) กังหันประเภทนี้ได้แรงหมุนมาจาก แรงปฏิกิริยาที่โต้ตอบการไหลของน้ำ ซึ่งถูกเบี่ยงเบนไปจากแนวเดิมเมื่อไหลเข้าไปชนใบพัดของ กังหัน ทิศทางในการหมุนของกังหันจะสวนทางกับทิศทางของน้ำที่เบี่ยงเบนออกไปจากใบพัด