เครื่องปั่นไฟพลังงานน้ำ (Hydro Turbine Generator) ประวัติจากกังหันน้ำโรมันถึงเขื่อนใหญ่และไมโครไฮโดรในไทย

น้ำหนึ่งลูกบาศก์เมตร หนักหนึ่งตัน ตกจากที่สูงหนึ่งเมตร ให้พลังงานออกมา 9,810 จูล หรือราว 9.81 กิโลจูล ตัวเลขนี้ไม่เคยเปลี่ยนเลยตลอด 2,300 ปีที่ผ่านมา สิ่งที่เปลี่ยนคือความสามารถของมนุษย์ในการดึงมันออกมาใช้ ตั้งแต่กังหันไม้ของกรีกที่คว้าพลังงานได้ไม่ถึงหนึ่งในห้า ไปจนถึงกังหันฟรานซิสของโรงไฟฟ้าไป๋เฮ่อทานที่แปลงพลังน้ำเป็นไฟฟ้าได้ถึง 96.7 เปอร์เซ็นต์ เครื่องละ 1,000 เมกะวัตต์

บทความนี้เล่าเรื่องทั้งเส้นทางนั้น ตั้งแต่วันที่มนุษย์เริ่มรู้ว่าน้ำไหลทำงานแทนคนได้ จนถึงเขื่อนที่ใหญ่ที่สุดในโลกวันนี้ และปิดท้ายด้วยเรื่องที่ใช้ได้จริงในเมืองไทย ว่าถ้าคุณมีน้ำไหลผ่านที่ดิน มีฝายเก่า มีคลองชลประทาน หรือมีท่อประปาแรงดันเกิน คุณจะประเมินเองได้อย่างไรว่ามันคุ้มไหม ต้องขออนุญาตอะไรบ้าง และเครื่องแบบไหนที่ซื้อได้จริงในตลาดปัจจุบัน

ทุกตัวเลขในบทความนี้มีแหล่งอ้างอิงกำกับ ตัวเลขที่หาแหล่งยืนยันไม่ได้ เราไม่ใส่ และตรงไหนที่แหล่งข้อมูลขัดกันเอง เราบอกตรง ๆ ว่าขัดกันอย่างไร

1. สรุปให้ก่อนสำหรับคนรีบ

• พลังงานน้ำเก่ากว่าไฟฟ้ามาก มนุษย์ใช้แรงน้ำหมุนหินโม่มาตั้งแต่ราวศตวรรษที่ 3 ก่อนคริสตกาล ส่วนไฟฟ้าจากพลังน้ำเพิ่งเกิดปี 1878 ที่บ้านหลังหนึ่งในอังกฤษ ห่างกันประมาณ 2,100 ปี
• คำว่า turbine เกิดปี 1824 โกลด บูร์แด็ง อาจารย์ชาวฝรั่งเศส ตั้งชื่อนี้จากภาษาละติน turbo ที่แปลว่าลูกข่างหรือลมหมุน แล้วลูกศิษย์ของเขาชื่อเบอนัว ฟูร์เนรง สร้างเครื่องจริงตัวแรกในปี 1827
• กังหันน้ำสมัยใหม่มีสามตระกูลหลัก เพลตัน สำหรับหัวน้ำสูงน้ำน้อย ฟรานซิส สำหรับหัวน้ำกลาง และคาปลาน สำหรับหัวน้ำต่ำน้ำเยอะ ทั้งสามชื่อเป็นชื่อคนที่คิดค้นในปี 1880, ปลายทศวรรษ 1840 และ 1913 ตามลำดับ และยังใช้ชื่อเดิมมาจนวันนี้
• สูตรเดียวที่ต้องจำคือ P = ρ g Q H η ในทางปฏิบัติคือ กำลังไฟฟ้า (กิโลวัตต์) ประมาณ 9.81 คูณอัตราการไหล (ลบ.ม./วินาที) คูณหัวน้ำสุทธิ (เมตร) คูณประสิทธิภาพรวม
• โลกมีกำลังผลิตพลังน้ำราว 1,456-1,469 กิกะวัตต์ ณ สิ้นปี 2025 ตัวเลขต่างกันตามนิยามว่านับโรงไฟฟ้าสูบกลับด้วยหรือไม่ ผลิตไฟได้ 4,495 เทระวัตต์ชั่วโมงในปี 2025 และคิดเป็น 14.3 เปอร์เซ็นต์ของไฟฟ้าทั้งโลกในปี 2024
• ประเทศไทยมีกำลังผลิตพลังน้ำของ กฟผ. ราว 4,038 เมกะวัตต์ (เขื่อนใหญ่ 2,972.40 + เขื่อนเล็ก 65.73 + สูบกลับลำตะคอง 1,000) แต่พลังน้ำในประเทศผลิตไฟได้เพียง 2.92 เปอร์เซ็นต์ของไฟฟ้าที่ผลิตทั้งประเทศในปี 2566 ขณะที่ไฟฟ้านำเข้าซึ่งเกือบทั้งหมดเป็นพลังน้ำจากลาว คิดเป็น 14.94 เปอร์เซ็นต์
• เขื่อนไทยเดินที่ตัวประกอบกำลังผลิตราว 16-30 เปอร์เซ็นต์ เทียบกับค่าเฉลี่ยโลก 48 เปอร์เซ็นต์ เพราะภารกิจหลักคือระบายน้ำตามแผนของกรมชลประทาน ไม่ใช่ผลิตไฟ
• ไฟฟ้าพลังน้ำขนาดจิ๋วในไทยมีจริงและใช้งานอยู่ กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงานมีโครงการพลังน้ำ 119 แห่ง รวมราว 67 เมกะวัตต์ ในจำนวนนี้เป็นโครงการขนาดเล็กมาก 96 แห่ง รวม 5,562 กิโลวัตต์
• เส้นแบ่งใบอนุญาตที่ต้องรู้มีสองเส้น ตั้งแต่ 200 kVA ขึ้นไปเข้าข่ายพลังงานควบคุม ต้องขอใบอนุญาต พค.2 ส่วนต่ำกว่า 1,000 kVA ได้รับยกเว้นไม่ต้องขอใบอนุญาตประกอบกิจการพลังงานจาก กกพ.
• ต้นทุนค่าไฟตลอดอายุของพลังน้ำต่ำและนิ่งมาก ค่าไฟเฉลี่ยโลกอยู่ที่ 0.057 ดอลลาร์ต่อหน่วยในปี 2024 ซึ่งสูงกว่าลมบนบกและโซลาร์เล็กน้อย แต่พลังน้ำจ่ายไฟได้กลางคืนและสั่งเปิดปิดได้ ข้อเสียคือเงินลงทุนต่อกิโลวัตต์แพงกว่าโซลาร์กว่าสามเท่า และโครงการยิ่งเล็กยิ่งแพงต่อกิโลวัตต์

2. สองพันหนึ่งร้อยปีก่อนหน้าไฟฟ้า มนุษย์ใช้น้ำทำงานแทนคนมาตลอด

ก่อนจะมีมอเตอร์ ก่อนจะมีเครื่องจักรไอน้ำ และก่อนจะมีคำว่าแรงม้า สิ่งเดียวที่ทำงานหนักแทนมนุษย์ได้อย่างต่อเนื่องคือน้ำที่ไหล เพราะน้ำไหลตลอดเวลาโดยไม่ต้องกิน ไม่ต้องนอน และไม่ต้องจ่ายค่าจ้าง

บันทึกแรกสุดที่หลงเหลือ

ข้อความที่เก่าที่สุดซึ่งพูดถึงล้อที่ขับด้วยน้ำอยู่ในหนังสือ Pneumatica บทที่ 61 ของฟิโลแห่งไบแซนเทียม นักประดิษฐ์ชาวกรีกที่มีชีวิตราว 280 ถึง 220 ปีก่อนคริสตกาล ตัวต้นฉบับกรีกสูญหายไป สิ่งที่เหลือคือฉบับแปลภาษาอาหรับในยุคกลาง จึงมีข้อถกเถียงกันมานานว่าท่อนที่พูดถึงล้อน้ำเป็นของฟิโลจริงหรือถูกเติมเข้าไปภายหลัง งานศึกษาของ เอ็ม เจ ที ลูอิส ในหนังสือ Millstone and Hammer ปี 1997 เสนอว่าเป็นของเดิม และวางจุดกำเนิดของโรงสีน้ำแบบล้อนอนไว้ที่อาณานิคมกรีกไบแซนเทียม ในครึ่งแรกของศตวรรษที่ 3 ก่อนคริสตกาล

หลักฐานทางวรรณกรรมชิ้นถัดมาชัดกว่านั้น สตราโบบันทึกไว้ใน Geography เล่ม 12 ว่ามีโรงสีที่ขับด้วยน้ำอยู่ที่พระราชวังของกษัตริย์มิธริดาทีสที่ 6 เมืองคาเบรา ในเอเชียไมเนอร์ ก่อนปี 71 ก่อนคริสตกาล

วิทรูวิอุส กับคำอธิบายเชิงเทคนิคฉบับแรกของโลก

คนที่เขียนอธิบายกลไกจริง ๆ เป็นคนแรกคือวิทรูวิอุส สถาปนิกโรมัน ในหนังสือ De architectura เล่ม 10 บทที่ 5 ราว 40 ถึง 10 ปีก่อนคริสตกาล เขาบรรยายล้อที่วางตั้งในลำน้ำ มีใบพายรอบวง ปลายเพลาด้านหนึ่งมีล้อฟันเฟืองตั้งฉาก ขบกับล้อฟันเฟืองแนวนอนที่ใหญ่กว่า แล้วล้อแนวนอนนั้นหมุนหินโม่ โดยมีกรวยแขวนป้อนเมล็ดข้าวลงมา

ประโยคนี้สำคัญกว่าที่คิด เพราะมันคือคำอธิบายชุดเฟืองทดที่แปลงการหมุนแนวตั้งเป็นแนวนอน ซึ่งเป็นหลักการเดียวกับที่ใช้ในเกียร์บ็อกซ์ของกังหันลมผลิตไฟฟ้าในปัจจุบัน ต่างกันแค่วัสดุและความแม่นยำ

ในช่วงเวลาไล่เลี่ยกัน แอนติพาเทอร์แห่งเทสซาโลนิกา กวีที่มีชีวิตอยู่ในรัชสมัยออกัสตัส เขียนบทกวีที่ขึ้นต้นว่า ให้หยุดโม่แป้งเถิด หญิงผู้ตรากตรำอยู่กับโม่ จงนอนให้สาย แม้ไก่จะขันบอกรุ่งอรุณแล้วก็ตาม นักประวัติศาสตร์มักอ่านบทกวีนี้ว่าเป็นการกล่าวถึงล้อน้ำแบบน้ำตกใส่ด้านบนเป็นครั้งแรก และมันคือหลักฐานว่าคนสมัยนั้นรับรู้ได้ทันทีว่าเครื่องจักรกำลังปลดปล่อยแรงงานมนุษย์

ล้อนอน กับหลักฐานที่ขุดได้จริง

หลักฐานที่แข็งที่สุดไม่ได้อยู่ในหนังสือ แต่อยู่ในดิน ที่เนนดรัม เทศมณฑลดาวน์ ไอร์แลนด์เหนือ นักโบราณคดีขุดพบโรงสีพลังน้ำขึ้นน้ำลงที่หาอายุด้วยวงปีไม้ได้ว่าสร้างราวปี 619 ถึง 621 และมีโรงสีอีกหลังในปี 789 ทั้งสองใช้ล้อนอนที่มีใบพายรูปช้อน ต่อเพลาแนวตั้งขึ้นไปหมุนหินโม่โดยตรง ไม่ต้องมีเฟืองเลย นี่คือโรงสีพลังน้ำขึ้นน้ำลงที่เก่าที่สุดเท่าที่ขุดพบ

งานสำรวจของ โคลิน รินน์ ที่ตีพิมพ์ใน Industrial Archaeology Review ปี 2015 รวบรวมแหล่งโรงสีน้ำยุคกลางตอนต้นในไอร์แลนด์ได้ 153 แห่ง อายุราวปี 612 ถึง 1124 และในจำนวนนั้น มีเพียง 6 แห่งเท่านั้นที่ใช้ล้อตั้งแบบน้ำใต้ ที่เหลือเป็นล้อนอนทั้งหมด

3. บาร์เบกัล โรงงานพลังน้ำ 16 กังหันของโรมัน กับเรื่องที่เพิ่งค้นพบว่าเราเข้าใจผิดมาตลอด

ถ้าจะเลือกสิ่งก่อสร้างเดียวที่แสดงว่ามนุษย์โบราณเข้าใจพลังน้ำลึกแค่ไหน คำตอบคือบาร์เบกัล ใกล้เมืองอาร์ล ทางใต้ของฝรั่งเศส

ที่นั่นมีล้อน้ำแบบน้ำตกใส่ด้านบน 16 ล้อ เรียงเป็นสองแถว แถวละ 8 ล้อ ไล่ลงมาตามไหล่เขา น้ำที่ออกจากล้อบนไหลลงไปขับล้อถัดไปทันที เป็นการใช้หัวน้ำเดียวซ้ำแปดครั้ง สร้างขึ้นในต้นศตวรรษที่ 2 หลังคริสตกาล งานวิจัยในวารสาร Science Advances ระบุช่วงก่อสร้างไว้ราวปี ค.ศ. 120 ถึง 130 และถูกทิ้งร้างในปลายศตวรรษที่ 3

ตัวเลขทางวิศวกรรมที่สร้างใหม่ได้จากซากจริง

งานวิจัยในวารสาร Scientific Reports ปี 2020 สร้างแบบจำลองไฮดรอลิกของบาร์เบกัลขึ้นใหม่จากคราบหินปูนและร่องรอยบนโครงสร้าง ได้ตัวเลขดังนี้

รายการ	ค่าที่สร้างแบบจำลองได้
เส้นผ่านศูนย์กลางล้อ	2.0 เมตร (บ่อล่าง) และ 1.8 เมตร (บ่อบน)
ความกว้างล้อสูงสุด	0.85 เมตร
จำนวนถังรับน้ำต่อล้อ	25 ถัง
หัวน้ำที่ใช้ได้ต่อบ่อ	2.4 ถึง 2.6 เมตร
อัตราการไหลต่อรางน้ำ	0.05 ถึง 0.11 ลูกบาศก์เมตรต่อวินาที
ความเร็วน้ำเข้าล้อ	2.4 ถึง 2.8 เมตรต่อวินาที
หินโม่ที่ขุดพบ	เส้นผ่านศูนย์กลาง 48 ถึง 76 เซนติเมตร ชิ้นที่สมบูรณ์ที่สุด 76 ซม. หนา 44 ซม.

สิ่งที่คณะวิจัยเน้นย้ำคือรางน้ำรูปข้อศอกที่ป้อนน้ำเข้าล้อ ซึ่งพวกเขาระบุตรง ๆ ว่า ไม่มีสิ่งเทียบเคียงได้เลยในโรงสีทั้งยุคโบราณ ยุคกลาง หรือยุคใหม่

เรื่องที่นักวิทยาศาสตร์เพิ่งพลิกความเข้าใจเดิม

ตำราเก่าเล่าว่าบาร์เบกัลผลิตแป้งป้อนเมืองอาร์ลตลอดทั้งปี แต่ในปี 2018 คณะวิจัยนำโดย เกิร์ล ซือร์เมลีฮินดี ตีพิมพ์ผลวิเคราะห์ไอโซโทปออกซิเจนในคราบคาร์บอเนตที่เกาะอยู่บนโครงไม้ของโรงสี ใน Science Advances

ผลที่ได้พลิกความเข้าใจเดิม คราบหินปูนบันทึกไว้ว่า โรงสีหยุดเดินเป็นเวลาหลายเดือนเป็นประจำ โดยเฉพาะช่วงปลายฤดูร้อนถึงฤดูใบไม้ร่วง แล้วกลับมาเดินอีกครั้งในฤดูหนาว ซึ่งขัดกับสมมติฐานที่ใช้กันมาหลายสิบปีว่าโรงสีป้อนแป้งให้เมืองอย่างต่อเนื่อง คณะวิจัยจึงเสนอแทนว่าโรงสีน่าจะผลิตขนมปังแข็งสำหรับเรือ ซึ่งเป็นสินค้าที่เก็บได้นานและมีความต้องการสูงสุดในช่วงต้นฤดูเดินเรือ

งานต่อเนื่องของ พัสเชียร์ และคณะ ในวารสาร Geoarchaeology ปี 2024 วิเคราะห์คาร์บอเนต 140 ชิ้น พบว่าชิ้นส่วนโรงสีต้องเปลี่ยนทุก 3 ถึง 8 ปี ความชันของรางน้ำเปลี่ยนไปตามเวลาจนต้องเปลี่ยนไปใช้ล้อที่ใหญ่ขึ้น และแถวตะวันตกถูกทิ้งก่อนแถวตะวันออก คณะวิจัยชุดนี้ประเมินอายุใช้งานรวมไว้ที่ราว 100 ปี ซึ่งสั้นกว่าช่วงเวลาที่ได้จากการนับปีก่อสร้างถึงปีที่ถูกทิ้งร้างตามแหล่งอื่น คือราว 150 ปี

4. กังหันน้ำที่หมุนกลับด้าน สูบน้ำออกจากเหมืองใต้ดินโรมัน

ล้อน้ำไม่ได้ถูกใช้แค่โม่แป้ง โรมันเอามันไปใช้ในงานที่ยากกว่านั้นมาก คือสูบน้ำออกจากเหมืองที่ขุดลึกลงไปใต้ระดับน้ำใต้ดิน

วัตถุจริงที่พิสูจน์เรื่องนี้อยู่ในพิพิธภัณฑ์บริติช หมายเลขทะเบียน 1889,0622.1 เป็นชิ้นส่วนล้อไม้สำหรับระบายน้ำออกจากเหมือง มาจากเหมืองทองแดงริโอทินโต ประเทศสเปน อายุศตวรรษที่ 1 ถึง 2 หลังคริสตกาล เส้นผ่านศูนย์กลางราว 4.60 เมตร ถังตักด้านล่างกว้าง 17 เซนติเมตร ลึก 24 เซนติเมตร บริจาคโดยคณะกรรมการบริษัทริโอทินโต และจัดแสดงอยู่ในห้อง 69

หลักการทำงานคือกลับด้านของล้อน้ำตกใส่ด้านบน แทนที่จะให้น้ำหมุนล้อ คนงานเป็นผู้ถีบแผ่นไม้ด้านข้างล้อ ล้อจึงตักน้ำจากระดับล่างยกขึ้นไปเทที่ระดับบน จากบันทึกที่ริโอทินโตมีล้อ 16 ล้อ ทำงานเป็นคู่ คู่ละยกน้ำสูงราว 3.5 เมตร รวมยกได้ราว 30 เมตร และชิ้นส่วนบางชิ้นมีการตีเลขกำกับ แปลว่าถูกประกอบเตรียมไว้บนดินก่อนหย่อนลงไปประกอบใต้ดิน ส่วนที่โดเลาโคธี ในเวลส์ ขุดพบชิ้นส่วนถังของล้อระบายน้ำที่หาอายุด้วยคาร์บอนกัมมันตรังสีได้ราวปี ค.ศ. 90 ลึกลงไป 50 เมตร รูปทรงเกือบเหมือนกับชิ้นที่สเปนทุกประการ ซึ่งบ่งชี้ว่ามีแบบมาตรฐานที่ใช้ร่วมกันทั้งจักรวรรดิ

5. ยุคกลาง 6,082 โรงสีในหนังสือเล่มเดียว และล้อสามแบบที่ประสิทธิภาพต่างกันกว่าสี่เท่า

ปี ค.ศ. 1086 พระเจ้าวิลเลียมที่ 1 สั่งสำรวจทรัพย์สินทั่วอังกฤษเพื่อจัดเก็บภาษี ผลลัพธ์คือ Domesday Book และในนั้นมีการนับโรงสีน้ำไว้ด้วย

ตัวเลขที่นักวิชาการอ้างมี 2 ชุด 6,082 โรงสี จากงานของ เอช ซี ดาร์บี ในหนังสือ Domesday England ปี 1977 กับ 5,624 โรงสี จากงานของ มาร์กาเร็ต ฮอดเจน ในวารสาร Antiquity ปี 1939 ทั้ง จอห์น แลงดอน และ ริชาร์ด โฮลต์ ระบุว่าตัวเลขของดาร์บีน่าเชื่อถือกว่า

แต่ต้องอ่านตัวเลขนี้อย่างระวังสองข้อ ข้อแรก แลงดอนตั้งข้อสังเกตว่ารายการในสมุดอาจนับชุดหินโม่ในคฤหาสน์หนึ่ง ไม่ใช่โรงสีแยกหลัง จำนวนโรงสีจริงจึงอาจน้อยกว่านั้น ข้อสอง พื้นที่ทางเหนือของอังกฤษจำนวนมากไม่ได้ถูกสำรวจเลย ตัวเลขจริงทั้งประเทศจึงอาจมากกว่าที่บันทึกไว้

ไม่ว่าจะนับแบบไหน ประเด็นก็เหมือนกัน คือเมื่อเก้าร้อยกว่าปีที่แล้ว อังกฤษประเทศเดียวมีเครื่องจักรพลังน้ำนับพันเครื่อง ในยุคที่ยังไม่มีใครรู้จักคำว่าพลังงาน

ล้อสามแบบ กับความต่างที่ตัดสินทุกอย่าง

ล้อน้ำแบ่งตามจุดที่น้ำเข้ากระทบล้อ และจุดนี้เองที่กำหนดว่าจะได้พลังงานเท่าไร

ชนิดล้อ	น้ำเข้าที่	อาศัยแรงอะไร	ประสิทธิภาพ
Undershot น้ำใต้	ใต้ล้อ	โมเมนตัมของน้ำที่ไหลชนใบพายเป็นหลัก	ราว 20% ในยุคก่อนศตวรรษที่ 18 พัฒนาขึ้นเป็น 50 ถึง 60% ในยุคหลัง
Breastshot น้ำกลาง	ระดับกลางล้อ ราวตำแหน่ง 10 นาฬิกาหรือ 2 นาฬิกา	ผสมทั้งน้ำหนักน้ำและโมเมนตัม	50 ถึง 60%
Overshot น้ำบน	ยอดล้อ เทลงถังรับ	น้ำหนักของน้ำที่ค้างในถังเป็นหลัก	80 ถึง 90%

เหตุผลทางฟิสิกส์ตรงไปตรงมา ล้อน้ำใต้ดึงพลังงานจลน์ของกระแสน้ำได้เพียงบางส่วน แล้วน้ำก็ไหลผ่านไปพร้อมพลังงานที่เหลือ ส่วนล้อน้ำบนกักน้ำไว้ในถังแล้วให้น้ำหนักของน้ำนั่นเองหมุนล้อลงมาเกือบครึ่งรอบ กว่าน้ำจะถูกเทออก พลังงานศักย์แทบทั้งหมดถูกใช้ไปแล้ว

วิลเลียม แฟร์แบร์น ในต้นศตวรรษที่ 19 แสดงให้เห็นว่าล้อน้ำกลางมีข้อได้เปรียบที่ไม่ค่อยมีใครพูดถึง คือทนน้ำท้ายท่วมได้ดีกว่าล้อน้ำบน เขาปรับปรุงด้วยใบถังโค้ง ผนังก่ออิฐที่แนบล้อสนิท ถังที่มีช่องระบายอากาศออก และเพิ่มกัฟเวอร์เนอร์กับชุดเฟือง

6. จอห์น สมีตัน ปี 1759 การทดลองที่พิสูจน์ว่าคนทั้งยุโรปติดตั้งล้อผิดแบบมาตลอด

จนถึงกลางศตวรรษที่ 18 การเลือกชนิดล้อน้ำยังเป็นเรื่องของธรรมเนียมช่างมากกว่าตัวเลข จนกระทั่งวิศวกรชาวอังกฤษชื่อ จอห์น สมีตัน ตัดสินใจวัดมันจริง ๆ

สมีตันสร้างชุดทดลองขนาดย่อส่วน ล้อเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.61 เมตร หรือ 2 ฟุต ที่ถอดประกอบใหม่ให้เป็นทั้งแบบน้ำใต้และน้ำบนได้บนแท่นเดียวกัน แล้ววัดงานที่ได้ออกมาเทียบกับพลังงานน้ำที่ป้อนเข้าไป การทดลองทำในทศวรรษ 1750 และผลถูกเสนอต่อราชสมาคมในปี 1759 ในบทความชื่อยาวว่า An Experimental Enquiry concerning the Natural Powers of Water and Wind to Turn Mills ตีพิมพ์ใน Philosophical Transactions เล่มที่ 51 หน้า 100 ถึง 174

ผลที่เขารายงานคือ

ชนิดล้อ	ประสิทธิภาพสูงสุดที่สมีตันวัดได้
Undershot น้ำใต้	22%
Overshot น้ำบน	63%

เกือบสามเท่า จากหัวน้ำเท่ากัน ด้วยน้ำปริมาณเท่ากัน ต่างกันแค่จุดที่น้ำเข้ากระทบล้อ ผลงานนี้ทำให้เขาได้รับเหรียญคอปลีย์ในปี 1759

ที่น่าสนใจกว่านั้นคือผลกระทบทางวิทยาศาสตร์ งานของ มอร์ริส ในวารสาร History of Science ปี 2018 ชี้ว่า ผลการเปรียบเทียบล้อน้ำบนกับล้อน้ำใต้ของสมีตันถูกใช้เป็นหลักฐานในการโต้เถียงว่า vis viva หรือพลังงานจลน์ อธิบายปรากฏการณ์ได้ดีกว่าโมเมนตัม กล่าวคือ การถกเถียงเรื่องกังหันน้ำในทางปฏิบัติ ช่วยผลักดันแนวคิดเรื่องพลังงานในทางทฤษฎีให้ชัดขึ้น

ปงเซเลต์ ปี 1824 แก้ล้อน้ำใต้ให้ดีขึ้นเกือบเท่าตัว

หกสิบห้าปีหลังจากนั้น ฌ็อง วิกตอร์ ปงเซเลต์ ออกแบบล้อน้ำใต้ใหม่ในปี 1824 โดยเปลี่ยนใบพายแบนเป็นใบโค้งกลับหลัง และตัดแผ่นพื้นล้อออก น้ำเข้าตามแนวสัมผัสผ่านประตูน้ำเอียง ไหลไต่ขึ้นไปตามใบโค้ง แล้วตกกลับลงมากดล้อ ทำให้ได้ทั้งแรงกระแทกและน้ำหนักน้ำ

ผลคือ ประสิทธิภาพสูงสุด 65% จากล้อชนิดที่สมีตันเคยวัดได้แค่ 22% ข้อจำกัดคือใช้ได้กับหัวน้ำไม่เกินราว 1.7 เมตร และหมุนช้ามาก จนต้องพึ่งชุดเฟืองทดใหญ่เทอะทะ พิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์ลอนดอนสรุปชะตากรรมของมันไว้ตรง ๆ ว่าถูกแทนที่ด้วยกังหันหัวน้ำต่ำในเวลาต่อมา

เชิงทฤษฎี งานของ เดนนี ในวารสาร European Journal of Physics ปี 2004 สร้างแบบจำลองแล้วได้ค่าสูงสุดว่า ล้อน้ำใต้แบบเดิมทำได้ราว 30% แบบปงเซเลต์ราว 50% และล้อน้ำบนอยู่ที่ 63 ถึง 71% ขึ้นกับมุมเอียงของใบ โดยเดนนีระบุเองว่าค่าเหล่านี้สอดคล้องกับตัวเลขที่สมีตันวัดได้จริงคือ 22% กับ 63% เมื่อ 245 ปีก่อนหน้า

7. ปฏิวัติอุตสาหกรรม โรงงานแรกของโลกไม่ได้ใช้ไอน้ำ แต่ใช้น้ำ

ภาพจำของการปฏิวัติอุตสาหกรรมคือปล่องควันกับเครื่องจักรไอน้ำ แต่โรงงานปั่นฝ้ายที่ประสบความสำเร็จแห่งแรกของโลกใช้พลังน้ำล้วน ๆ

ครอมฟอร์ด มิลล์ ปี 1771

ริชาร์ด อาร์กไรต์ สร้างโรงงานที่ครอมฟอร์ด เทศมณฑลเดอร์บีเชอร์ ในปี 1771 จุดที่คนมักเข้าใจผิดคือ โรงงานไม่ได้ใช้น้ำจากแม่น้ำเดอร์เวนต์โดยตรง แต่ใช้น้ำจาก Cromford Sough ซึ่งเป็นอุโมงค์ระบายน้ำจากเหมืองตะกั่วเวิร์กส์เวิร์ธ ร่วมกับลำธาร Bonsall Brook เหตุผลคือน้ำจากอุโมงค์เหมืองมีอุณหภูมิคงที่ ไหลตลอดปี และไม่แข็งตัวในฤดูหนาว ซึ่งเป็นเงื่อนไขที่แม่น้ำธรรมชาติให้ไม่ได้

โรงงานหลังแรกปี 1771 ใช้ล้อน้ำใต้ ส่วนโรงงานหลังที่สองซึ่งสร้างในช่วงปี 1775 ถึง 1777 ใช้ล้อน้ำบน ตัวโรงงานแรกสูงห้าชั้น ต่อขยายจนได้ความยาวปัจจุบันในปี 1785 ส่วนโรงงานหลังที่สองถูกไฟไหม้เสียหายในปี 1890

ด้านแรงงาน โรงงานเริ่มด้วยคนงาน 200 คน และเพิ่มเป็นราว 1,000 คน ส่วนใหญ่เป็นผู้หญิงและเด็ก เด็กที่อายุน้อยที่สุดคือ 7 ขวบ ในปี 1816 มีคนงาน 725 คน ในจำนวนนี้ 269 คนอายุ 10 ถึง 18 ปี และมีเด็กชาย 164 คนอยู่กะกลางคืน ทำงานวันละ 13 ชั่วโมง สัปดาห์ละหกวัน

หุบเขาเดอร์เวนต์ทั้งช่วงยาว 24 กิโลเมตรได้รับการขึ้นทะเบียนเป็นมรดกโลกยูเนสโกในปี 2001 ในชื่อ Derwent Valley Mills พื้นที่หลัก 1,228.7 เฮกตาร์ และมีเรื่องที่ปิดวงกลมได้สวยงามคือ ในปี 2022 ทางการอนุมัติให้ติดตั้งกังหันน้ำผลิตไฟฟ้าขนาด 20 กิโลวัตต์ที่ครอมฟอร์ด กลับมาใช้น้ำสายเดิมอีกครั้ง หลังผ่านไป 251 ปี

สเลเตอร์ มิลล์ จุดเริ่มอุตสาหกรรมอเมริกา

ซามูเอล สเลเตอร์ ถูกโมเสส บราวน์ ว่าจ้างในเดือนธันวาคม 1789 และร่วมกับช่างท้องถิ่นทำให้เครื่องจักรเดินได้ในเดือนธันวาคม 1790 เครื่องปั่นด้ายของเขาอยู่ที่พิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์อเมริกันแห่งสมิธโซเนียน ระบุว่าเป็นเครื่องจักรฝ้ายที่เก่าแก่ที่สุดในอเมริกา มี 48 แกน เดินเครื่องครั้งแรกวันที่ 20 ธันวาคม 1790 ที่พอทักเกต รัฐโรดไอแลนด์

ส่วนตัวอาคาร Old Slater Mill สร้างในปี 1793 ใช้พลังน้ำจากน้ำตกพอทักเกตบนแม่น้ำแบล็กสโตน เดินเป็นโรงงานสิ่งทอจนถึงปี 1895 และเป็นทรัพย์สินแห่งแรกที่ถูกขึ้นทะเบียนใน National Register of Historic Places เมื่อ 13 พฤศจิกายน 1966

8. ปี 1824 คำว่า Turbine ถือกำเนิด และปี 1827 มันกลายเป็นเครื่องจักรจริง

จุดเปลี่ยนจากล้อน้ำเป็นกังหันน้ำเกิดขึ้นที่ฝรั่งเศส และเกิดจากคนสองคนคือครูกับลูกศิษย์

โกลด บูร์แด็ง ผู้ตั้งชื่อ

โกลด บูร์แด็ง เกิดวันที่ 19 พฤษภาคม 1788 ที่เลแป็ง แคว้นซาวัว เสียชีวิต 12 พฤศจิกายน 1873 เป็นอาจารย์ที่โรงเรียนเหมืองแร่แซ็งเตเตียน ในบันทึกที่เขาเสนอต่อสถาบันวิทยาศาสตร์ฝรั่งเศสเมื่อปี 1824 ว่าด้วยล้อไฮดรอลิกที่ขับด้วยแรงปฏิกิริยาต่อใบพัดที่เคลื่อนที่ เขาเรียกเครื่องจักรกลุ่มนี้ว่า turbines และคำนี้ก็ถูกภาษารับเข้าไปใช้นับแต่นั้น

รากศัพท์มาจากภาษาละติน turbo, turbinis ที่แปลว่าลูกข่างหรือลมหมุน สืบไปถึง turba ที่แปลว่าความปั่นป่วน พจนานุกรมเมอร์เรียม-เว็บสเตอร์ระบุว่าคำว่า turbine ปรากฏในภาษาอังกฤษครั้งแรกในปี 1842

เครื่องทดลองของบูร์แด็งเองทำได้ดีทีเดียว ที่ปงจีโบด์ปี 1825 ได้ประสิทธิภาพ 67% และที่อาร์ดปี 1828 ได้ 65 ถึง 75% แต่เขาละเลยวาล์วควบคุมซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้เครื่องใช้งานได้จริง

เบอนัว ฟูร์เนรง ผู้ทำให้มันใช้งานได้จริง

เบอนัว ฟูร์เนรง เกิด 31 ตุลาคม 1802 ที่แซ็งเตเตียน เสียชีวิต 31 กรกฎาคม 1867 ที่ปารีส เป็นวิศวกรเหมืองแร่และเป็นลูกศิษย์ของบูร์แด็ง

ในปี 1827 ตอนอายุ 25 ปี เขาสร้างกังหันไหลออกที่ทำงานได้จริงตัวแรกที่ปงซูร์โลญง ได้กำลัง 6 แรงม้า หรือ 4.5 กิโลวัตต์ ที่หัวน้ำ 1.4 เมตร พจนานุกรมชีวประวัติทางวิทยาศาสตร์ระบุว่าประสิทธิภาพอยู่ที่ 80% วัดด้วยเบรกพรอนีที่เพิ่งถูกประดิษฐ์ขึ้น ต่อมากำลังที่จุดนี้ถูกยกระดับเป็น 50 แรงม้า

เขายื่นจดสิทธิบัตรวันที่ 3 กรกฎาคม 1832 ในชื่อ roue a pression universelle et continue หรือล้อแรงดันสากลและต่อเนื่อง และได้รับการยกย่องจากสถาบันวิทยาศาสตร์ในปีเดียวกัน

ผลงานที่โด่งดังที่สุดคือกังหันหัวน้ำสูงที่ซังคท์บลาเซียน ในป่าดำ ประเทศเยอรมนี ปี 1837 เครื่องนี้หมุนที่ 2,300 รอบต่อนาที ประสิทธิภาพ 80% กำลัง 60 แรงม้าหรือ 45 กิโลวัตต์ โดยตัวรันเนอร์มีเส้นผ่านศูนย์กลางราวหนึ่งฟุตและหนักเพียง 40 ปอนด์ พิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์ลอนดอนเก็บแบบจำลองมาตราส่วน 1 ต่อ 2 ของเครื่องนี้ไว้

ลองเทียบให้เห็นภาพ รันเนอร์ของฟูร์เนรงเส้นผ่านศูนย์กลางหนึ่งฟุต หนัก 18 กิโลกรัม ให้กำลัง 45 กิโลวัตต์ ขณะที่ล้อน้ำโรมันที่กว้าง 0.85 เมตรและหนักหลายร้อยกิโลกรัม ให้ได้เพียงไม่กี่กิโลวัตต์ นี่คือความหมายของคำว่ากังหัน ฟูร์เนรงสร้างกังหันมากกว่าหนึ่งร้อยตัว ภายในปี 1843 มีโรงงาน 129 แห่งที่สร้างตามการคำนวณของเขา และในปี 1895 กังหันแบบฟูร์เนรงถูกติดตั้งที่ฝั่งอเมริกาของน้ำตกไนแอการาเพื่อขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

9. สามชื่อที่ยังเขียนอยู่บนกังหันน้ำแทบทุกตัวในโลกวันนี้

ระหว่างปี 1840 ถึง 1920 มีวิศวกรสามคนแก้โจทย์คนละแบบ และคำตอบของทั้งสามคนยังเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมมาถึงวันนี้ ทุกโรงไฟฟ้าพลังน้ำในโลก ไม่ว่าจะเล็กหรือใหญ่ ใช้กังหันที่สืบสายมาจากหนึ่งในสามชื่อนี้

ฟรานซิส ปลายทศวรรษ 1840 ที่เมืองโลเวลล์

เจมส์ บี ฟรานซิส เข้าทำงานที่เมืองโลเวลล์ รัฐแมสซาชูเซตส์ ในปี 1837 ตอนอายุ 22 ปี ในฐานะวิศวกรควบคุมงาน ต่อมาเป็นหัวหน้าวิศวกรของบริษัท Locks and Canals

สิ่งที่เขาทำ ไม่ใช่การประดิษฐ์กังหันไหลเข้าขึ้นมาจากศูนย์ เพราะซามูเอล บี ฮาวด์ จดสิทธิบัตรกังหันไหลเข้าไว้แล้วในปี 1838 สิ่งที่ฟรานซิสเพิ่มเข้าไปคือ ใบนำน้ำที่อยู่กับที่ (guide vanes) และการขึ้นรูปใบรันเนอร์ให้น้ำเข้าที่มุมถูกต้องโดยไม่เกิดการกระแทก ซึ่งเป็นสองสิ่งที่ทำให้ประสิทธิภาพกระโดด

ทำงานคู่ขนานกับเขาคือ ยูไรอาห์ เอ บอยเดน ผู้คิดกังหันไหลออกในปี 1844 และเพิ่มท่อกระจายน้ำที่ทางออก เพื่อดึงพลังงานจลน์ที่ยังเหลืออยู่ในน้ำขาออกกลับคืนมา ซึ่งเป็นหลักการเดียวกับ draft tube ในกังหันสมัยใหม่ทุกตัว บอยเดนยังเป็นผู้ประดิษฐ์ hook gauge ซึ่งเป็นเครื่องมือวัดระดับน้ำที่ฟรานซิสใช้ในการทดลอง

ผลลัพธ์คือกังหันที่ฟรานซิสและบอยเดนทดสอบทำประสิทธิภาพได้ 88% เทียบกับล้อน้ำกลางที่ดีที่สุดในยุคนั้นซึ่งทำได้ราว 65% ฟรานซิสรันการทดลอง 92 ครั้งในปี 1851 และตีพิมพ์ผลทั้งหมดในหนังสือ Lowell Hydraulic Experiments ที่บอสตันในปี 1855

ภายในปี 1858 เมืองโลเวลล์เดินกังหันแบบบอยเดนอยู่ 56 ตัว พิกัดตั้งแต่ 35 ถึง 650 แรงม้าต่อตัว

เพลตัน ปี 1880 ความบังเอิญที่เปลี่ยนอุตสาหกรรมเหมืองทั้งรัฐ

เลสเตอร์ อัลลัน เพลตัน เกิดปี 1829 ที่รัฐโอไฮโอ เดินทางมาแคลิฟอร์เนียในปี 1850 ตามกระแสตื่นทอง และมาตั้งรกรากที่แคมป์ตันวิลล์ริมแม่น้ำยูบาในปี 1860 เขาเสียชีวิตในปี 1908 อายุ 78 ปี

ปัญหาของกังหันแรงกระแทกในยุคนั้นคือ ลำน้ำพุ่งเข้าชนกลางถ้วยแล้วหยุดนิ่ง น้ำที่กระเด้งกลับไปปะทะลำน้ำที่พุ่งเข้ามา สูญเสียพลังงานมหาศาล สิ่งที่เพลตันคิดคือทำถ้วยเป็นสองแอ่งประกบกัน มีสันแหลมตรงกลาง ผ่าลำน้ำออกเป็นสองข้าง แล้วเบนกลับเกือบ 180 องศา ในตัวสิทธิบัตรเขาเขียนว่าถ้วยมีก้นโค้งที่มาบรรจบกันที่ยอดแหลม แบ่งน้ำเป็นสองสาย แล้วระบายออกทางด้านข้างเอียง เพื่อให้น้ำพ้นถ้วยถัดไปและออกไปทางด้านข้างของล้อ

สิทธิบัตรคือ US 233,692 ชื่อ Water-wheel ยื่นวันที่ 3 กรกฎาคม 1880 อนุมัติวันที่ 26 ตุลาคม 1880 กังหันเพลตันตัวแรกที่ใช้งานจริงติดตั้งในปี 1878 ที่เหมืองเมย์ฟลาวเวอร์ เมืองเนวาดาซิตี ก่อนที่สิทธิบัตรจะออกเสียอีก และในปี 1895 มีล้อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 30 ฟุตติดตั้งที่เหมืองทองในกราสวัลเลย์

สมาคมวิศวกรเครื่องกลอเมริกันสรุปผลกระทบไว้ว่า กังหันเพลตันเพิ่มประสิทธิภาพจาก 30 ถึง 40% ขึ้นไปถึง 90% ปัจจุบัน ANDRITZ ระบุว่าเพลตันรุ่นใหม่ทำได้มากกว่า 92%

คาปลาน ปี 1913 ใบพัดที่ปรับมุมได้ขณะเดินเครื่อง

วิกเตอร์ คาปลาน วิศวกรชาวออสเตรีย จดสิทธิบัตรในปี 1913 ในชื่อยาว ๆ ว่าด้วยการปรับใบรันเนอร์ของเครื่องจักรหมุนความเร็วสูงที่มีอุปกรณ์นำน้ำ หัวใจของมันคือ ใบรันเนอร์แต่ละใบมีเดือยหมุนเสียบอยู่ในดุม ทำให้ปรับมุมใบได้ขณะเครื่องกำลังเดิน

ทำไมเรื่องนี้สำคัญ เพราะกังหันฟรานซิสใบตายตัวจะมีประสิทธิภาพสูงสุดที่จุดออกแบบจุดเดียว พอปริมาณน้ำเปลี่ยน ประสิทธิภาพก็ตกลงเร็ว แต่แม่น้ำจริงมีน้ำไม่เท่ากันทุกฤดู คาปลานแก้ปัญหานี้ด้วยการปรับมุมใบตามน้ำที่มีจริง

เครื่องแรกที่ใช้งานจริงติดตั้งที่เมืองเวล์ม ประเทศออสเตรีย ในปี 1919 รันเนอร์ 600 มิลลิเมตร หัวน้ำราว 3 เมตร อัตราการไหล 1.1 ลูกบาศก์เมตรต่อวินาที และทำประสิทธิภาพ 86% ได้ตลอดช่วงโหลดกว้าง ตามด้วยเครื่องที่โปเดียบราดี สาธารณรัฐเช็ก ปี 1920 รันเนอร์ 1,800 มิลลิเมตร และที่ลิลลาเอเดต ประเทศสวีเดน ปี 1925 ขนาด 8.2 เมกะวัตต์ รันเนอร์ 5.8 เมตร ซึ่งเป็นเครื่องที่ใหญ่ที่สุดในโลกในเวลานั้น

คาปลานต้องเผชิญคดีความยืดเยื้อจากการโจมตีของฝ่ายตรงข้าม โดยเฉพาะผู้ผลิตกังหันฟรานซิสที่เป็นคู่แข่ง ปัจจุบัน ANDRITZ ระบุว่าคาปลานสมัยใหม่ทำประสิทธิภาพได้มากกว่า 95% ใช้ได้ถึงหัวน้ำ 90 เมตร และกำลังต่อเครื่องมากกว่า 230 เมกะวัตต์

10. กังหันอีกสามแบบที่คนไม่ค่อยพูดถึง แต่เหมาะกับงานเล็กมากกว่า

เทอร์โก ปี 1919

อีริก ครูว์ดสัน กรรมการผู้จัดการบริษัท Gilbert Gilkes and Gordon ประดิษฐ์และจดสิทธิบัตรอังกฤษเลขที่ 155,175 ในปี 1919 เจตนาคือรวมความจุและประสิทธิภาพที่ค่อนข้างสูงของกังหันจิราร์ด เข้ากับการควบคุมที่ง่ายของกังหันเพลตัน

แบบดั้งเดิมปี 1920 ทำประสิทธิภาพสูงสุด 83.5% ที่หัวน้ำ 200 ฟุต แบบที่ปรับปรุงแล้วในปัจจุบันอยู่ราว 85% ข้อได้เปรียบเหนือเพลตันคือ น้ำระบายออกทางด้านตรงข้ามของรันเนอร์ ทำให้น้ำขาออกไม่ไปรบกวนรันเนอร์และลำน้ำขาเข้า จึงรับอัตราการไหลได้มากกว่าที่ขนาดรันเนอร์เท่ากัน ปัจจุบัน Gilkes ระบุช่วงใช้งานที่หัวน้ำ 50 ถึง 250 เมตร กำลังถึง 10 เมกะวัตต์ และมีการติดตั้งมากกว่า 1,000 แห่งใน 65 ประเทศ

ครอสโฟลว์ หรือ บันกิ มิเชล หรือ ออสส์แบร์เกอร์

กังหันชนิดนี้มีผู้ให้กำเนิดสามคน คือ มิเชล ชาวออสเตรเลีย บันกิ ชาวฮังการี และ ฟริตซ์ ออสส์แบร์เกอร์ ซึ่งก่อตั้งแผนกเทคโนโลยีพลังน้ำในปี 1906

สเปกจากผู้ผลิต OSSBERGER ระบุ หัวน้ำ 4 ถึง 200 เมตร โดยใช้ได้ต่ำสุดถึง 2.50 เมตรในบางกรณี อัตราการไหล 50 ถึง 17,000 ลิตรต่อวินาที และกำลัง 10 กิโลวัตต์ถึงราว 6 เมกะวัตต์

สิ่งที่ผู้ผลิตพูดตรง ๆ และควรพูดตรง ๆ ต่อคือ ครอสโฟลว์มีประสิทธิภาพสูงสุดต่ำกว่ากังหันชนิดอื่น แหล่งวิศวกรรมของ IIT Roorkee ระบุว่าประสิทธิภาพสูงสุดที่รับประกันได้มักไม่เกิน 80% แต่จุดขายจริงของมันไม่ใช่ค่าสูงสุด OSSBERGER ระบุว่าตั้งแต่ราว 17% ของอัตราการไหลออกแบบขึ้นไป กังหันเดินอยู่ในช่วงประสิทธิภาพที่รับประกัน และยังผลิตไฟได้แม้น้ำเหลือเพียง 5% นี่คือลักษณะที่มีค่ามากกับลำธารไทยที่หน้าแล้งน้ำหายไปเกือบหมด

เกลียวอาร์คิมิดีส กังหันที่ปลาว่ายผ่านได้

สเปกจากผู้ผลิต Spaans Babcock ระบุ หัวน้ำตั้งแต่ 1 เมตร ถึง 12 เมตรต่อชั้นเดียว หรือ 24 เมตรแบบสองชั้น อัตราการไหล 100 ลิตรต่อวินาทีถึง 15 ลูกบาศก์เมตรต่อวินาทีต่อเกลียว กำลังถึง 500 กิโลวัตต์ต่อเกลียว และขนาดโครงการโดยทั่วไป 50 ถึง 2,000 กิโลวัตต์

คุณสมบัติเด่นสองข้อคือ ประสิทธิภาพแบนราบตลอดช่วงกำลัง หัวน้ำและปริมาณน้ำที่เปลี่ยนไปแทบไม่กระทบประสิทธิภาพ และเป็นมิตรกับปลา ผู้ผลิตระบุว่ามีการทดสอบยืนยันแล้วหลายครั้ง อีกทั้งทนสิ่งปนเปื้อน เศษพลาสติก ไม้ หรือหินก้อนเล็กผ่านไปได้โดยไม่มีผลกระทบ

11. เลือกกังหันแบบไหน ตัดสินด้วยตัวเลขสองตัวเท่านั้น

คำถามแรกของทุกโครงการพลังน้ำไม่ใช่ อยากได้กี่กิโลวัตต์ แต่คือ มีหัวน้ำกี่เมตร และมีน้ำไหลกี่ลูกบาศก์เมตรต่อวินาที สองตัวนี้กำหนดทั้งชนิดกังหันและกำลังที่เป็นไปได้ ที่เหลือคือรายละเอียด

ตารางช่วงหัวน้ำ ฉบับ ESHA สำหรับพลังน้ำขนาดเล็ก

ชนิดกังหัน	ช่วงหัวน้ำสุทธิ (เมตร)	ประสิทธิภาพที่ใช้ออกแบบ
คาปลาน / ใบพัด	2 ถึง 40	0.93 แบบปรับสองทาง / 0.91 แบบปรับทางเดียว
ครอสโฟลว์	5 ถึง 200	ไม่ระบุในตาราง ESHA
ฟรานซิส	25 ถึง 350	0.94
เทอร์โก	50 ถึง 250	0.85
เพลตัน	50 ถึง 1,300	0.90 หลายหัวฉีด / 0.89 หัวฉีดเดียว

และแบ่งชั้นหัวน้ำตามนิยาม ESHA คือ หัวน้ำสูงตั้งแต่ 100 เมตรขึ้นไป หัวน้ำกลาง 30 ถึง 100 เมตร และหัวน้ำต่ำ 2 ถึง 30 เมตร

ตารางเดียวกันจากฝั่งผู้ผลิตเครื่องใหญ่ ตัวเลขไม่เท่ากัน และนั่นมีเหตุผล

ชนิดกังหัน	Voith หัวน้ำสูงสุด / กำลังสูงสุด	ANDRITZ หัวน้ำสูงสุด / กำลังสูงสุด / ประสิทธิภาพ
คาปลาน	90 ม. / 350 MW	90 ม. / มากกว่า 230 MW / มากกว่า 95%
ฟรานซิส	600 ม. / 850 MW	700 ม. / 800 MW / มากกว่า 96%
เพลตัน	1,500 ม. / 300 MW	1,800 ม. / มากกว่า 400 MW / มากกว่า 92%
บัลบ์ / พิต / เอส	30 ม. / 80 MW	0.5 ถึง 30 ม. / ถึง 76.5 MW
ปั๊มเทอร์ไบน์ (สูบกลับ)	700 ม. / 500 MW	ไม่ระบุ

ความเร็วจำเพาะ ตัวเลขที่วิศวกรใช้ตัดสินจริง ๆ

เบื้องหลังตารางข้างบนคือตัวเลขเดียวชื่อ ความเร็วจำเพาะ หรือ Specific Speed (Ns) นิยามคือความเร็วรอบที่กังหันซึ่งมีรูปทรงคล้ายกันจะต้องหมุน เพื่อผลิตกำลังหนึ่งหน่วยที่หัวน้ำหนึ่งหน่วย มันยุบความเร็วรอบ กำลัง และหัวน้ำ ให้เหลือเลขเดียว ทำให้เปรียบเทียบเครื่องขนาดต่างกันได้ และกังหันแต่ละตระกูลจะครองแถบตัวเลขของตัวเองอย่างชัดเจน

สูตรที่ใช้กันมากในระบบเมตริกคือ

Ns = (N × P^0.5) / H^1.25

โดย N คือรอบต่อนาที P คือกำลังหน่วยแรงม้าเมตริก และ H คือหัวน้ำหน่วยเมตร ช่วงค่าที่ IIT Roorkee ระบุคือ

ชนิดกังหัน	ช่วง Ns (เมตร-แรงม้าเมตริก)
เพลตัน	15 ถึง 65
ฟรานซิส	60 ถึง 400
เดริอาซ	200 ถึง 400
คาปลาน / ใบพัด	300 ถึง 800
บัลบ์	600 ถึง 1,200

คาวิเทชัน ศัตรูที่มองไม่เห็นของกังหันน้ำ

คาวิเทชันคือการเกิดฟองไอน้ำในของเหลว เมื่อความดันเฉพาะจุดลดลงต่ำจนถึงความดันไอ ฟองจะก่อตัวและโตขึ้น พอไหลไปยังบริเวณความดันสูงกว่า ฟองจะยุบตัวอย่างรุนแรง

ผลกระทบที่งานวิจัยระบุมีสี่ข้อ ประสิทธิภาพลดลง 10 ถึง 20% เมื่อฟองยุบตัว ผิววัสดุถูกกัดกร่อนและแผลขยายตัวต่อเนื่อง เกิดแรงไฮดรอลิกไม่สมดุลในแนวรัศมีทำให้สั่นและแกว่ง และฟองความดันต่ำไปลดพื้นที่หน้าตัดที่น้ำไหลผ่านได้จริง อัตราการไหลและกำลังจึงตกลง

ตัวเลขที่ใช้ควบคุมเรื่องนี้คือ ซิกมาของโธมา (Thoma sigma) ตามสูตร ESHA คือ σ = NPSE / (g × Hn) โดย NPSE คือพลังงานดูดสุทธิเป็นบวก ประโยชน์จริงของมันคือใช้กำหนดระดับติดตั้งกังหันเทียบกับระดับน้ำท้าย ถ้าค่าซิกมาของโรงไฟฟ้าต่ำกว่าค่าวิกฤต จะเกิดคาวิเทชัน และ IIT Roorkee ระบุว่าค่าสัมประสิทธิ์คาวิเทชันของกังหันฟรานซิสต่ำกว่าคาปลานมาก แปลว่าคาปลานต้องติดตั้งจมลึกกว่าฟรานซิสที่หัวน้ำเท่ากัน

12. สูตรเดียวที่ต้องจำ และทางลัดที่วิศวกรใช้จริงในสนาม

สูตรหลักของพลังงานน้ำคือ

P = ρ × g × Q × H × η

สัญลักษณ์	ความหมาย	หน่วย SI
P	กำลังที่ได้	วัตต์
ρ (โร)	ความหนาแน่นของน้ำ ประมาณ 1,000	กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร
g	ความเร่งโน้มถ่วง 9.81	เมตรต่อวินาทีกำลังสอง
Q	อัตราการไหลผ่านกังหัน	ลูกบาศก์เมตรต่อวินาที
H	หัวน้ำสุทธิ คือหัวน้ำรวมลบด้วยการสูญเสียในท่อ	เมตร
η (เอตา)	ประสิทธิภาพรวม ค่าระหว่าง 0 ถึง 1	ไม่มีหน่วย

เพราะ ρ คูณ g เท่ากับ 9,810 สูตรจึงย่อเหลือรูปที่ใช้งานง่ายกว่ามาก

P (กิโลวัตต์) ≈ 9.81 × Q × H × η

ลองคำนวณจริงหนึ่งตัวอย่าง

สมมติมีน้ำไหล 2 ลูกบาศก์เมตรต่อวินาที หัวน้ำสุทธิ 50 เมตร ประสิทธิภาพรวมทั้งระบบ 0.85

• กำลังไฮดรอลิกดิบ 1,000 × 9.81 × 2 × 50 = 981,000 วัตต์ = 981 กิโลวัตต์
• กำลังไฟฟ้าที่ออกจากขั้ว 981 × 0.85 = ราว 834 กิโลวัตต์

ทางลัดที่ใช้จริงในสนาม

สมาคมพลังน้ำอังกฤษ (British Hydropower Association) ใช้สูตรลัดว่า

P (กิโลวัตต์) = 7 × Q × H

สูตรนี้ฝังสมมติฐานประสิทธิภาพน้ำถึงสายไฟไว้ที่ 70% ลองตรวจกับตัวอย่างข้างบน 7 × 2 × 50 = 700 กิโลวัตต์ เทียบกับ 834 กิโลวัตต์ที่ประสิทธิภาพ 0.85 แปลว่าสูตรลัดตั้งใจให้ตัวเลขต่ำไว้ก่อน ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่ดีสำหรับการประเมินโครงการเบื้องต้น

ความสวยงามของมันคือเลข 7 ก็คือ 9.81 คูณ 0.7 แล้วปัดเศษนั่นเอง คุณจึงปรับสูตรลัดเองได้ ถ้าประเมินว่าระบบของคุณจะได้ประสิทธิภาพ 60% ก็ใช้ 5.9 คูณ Q คูณ H ถ้าเป็นเครื่องใหญ่คุณภาพดีที่ได้ 85% ก็ใช้ 8.3

ฝั่งอเมริกา กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ ใช้สูตรสำหรับไมโครไฮโดรว่า หัวน้ำสุทธิเป็นฟุต คูณอัตราการไหลเป็นแกลลอนต่อนาที หารด้วย 10 ได้ผลเป็นวัตต์ โดยระบุว่าสูตรนี้สะท้อนประสิทธิภาพ 50 ถึง 70% ซึ่งเป็นตัวแทนของระบบไมโครไฮโดรส่วนใหญ่ และให้หักการสูญเสียแรงเสียดทานในท่อออกก่อนราว 5 ถึง 10%

ตารางสำเร็จรูป กำลังที่ได้จริงจากหัวน้ำและอัตราการไหลต่าง ๆ

คำนวณด้วยสูตร P = 9.81 × Q × H × η โดยใช้ η = 0.60 ซึ่งเป็นค่าที่สมจริงสำหรับระบบขนาดเล็กมากรวมท่อ กังหัน เกียร์ เจนเนอเรเตอร์ และอินเวอร์เตอร์ทั้งชุด

อัตราการไหล Q	หัวน้ำ 3 ม.	หัวน้ำ 10 ม.	หัวน้ำ 30 ม.	หัวน้ำ 100 ม.
10 ลิตร/วินาที (0.01)	0.18 kW	0.59 kW	1.77 kW	5.89 kW
50 ลิตร/วินาที (0.05)	0.88 kW	2.94 kW	8.83 kW	29.4 kW
100 ลิตร/วินาที (0.10)	1.77 kW	5.89 kW	17.7 kW	58.9 kW
300 ลิตร/วินาที (0.30)	5.30 kW	17.7 kW	53.0 kW	177 kW
1,000 ลิตร/วินาที (1.00)	17.7 kW	58.9 kW	177 kW	589 kW

13. จากกังหันเป็นไฟฟ้า ทำไมเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำถึงหมุนช้าและตัวใหญ่มหึมา

กังหันหมุนแล้วยังไม่ได้ไฟฟ้า ต้องมีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซิงโครนัสต่ออยู่ และตรงนี้เองที่พลังน้ำต่างจากไดนาโมในเครื่องปั่นไฟดีเซลอย่างสิ้นเชิง

ความสัมพันธ์พื้นฐานคือ

n = 120 f / p

โดย n คือความเร็วซิงโครนัสเป็นรอบต่อนาที f คือความถี่ระบบไฟฟ้าเป็นเฮิรตซ์ และ p คือจำนวนขั้ว (ไม่ใช่จำนวนคู่ขั้ว)

เครื่องปั่นไฟดีเซลทั่วไปในไทยหมุน 1,500 รอบต่อนาที ที่ 50 เฮิรตซ์ แทนค่าได้ p = 120 × 50 / 1500 = 4 ขั้ว เครื่องจึงเล็กและเบา แต่กังหันน้ำหมุนช้ากว่านั้นมาก เพราะความเร็วรอบถูกกำหนดโดยหัวน้ำและอัตราการไหลผ่านความเร็วจำเพาะ และกังหันต่อตรงเข้ากับเจนเนอเรเตอร์โดยไม่มีเกียร์ทดในเครื่องขนาดใหญ่

ผลคือเจนเนอเรเตอร์ต้องมีขั้วเยอะมากเพื่อให้ยังได้ 50 หรือ 60 เฮิรตซ์ที่ความเร็วต่ำ เอกสารของ IIT Roorkee ระบุตรง ๆ ว่า เครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำแบบขั้วยื่นขนาดใหญ่เป็นเครื่องความเร็วต่ำในช่วง 80 ถึง 375 รอบต่อนาที และมีจำนวนขั้วโรเตอร์มาก และเสริมประโยคสำคัญว่า ที่กำลังคงที่ ความเร็วที่ลดลงจะทำให้ขนาดทางกายภาพและต้นทุนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพิ่มขึ้น

ตัวอย่างจริงที่มีทั้งรอบและจำนวนขั้ว

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าฝั่งซ้ายของเขื่อนบัคระ ประเทศอินเดีย เดินเครื่องปี 1960 สเปกคือ 100 MVA 90 เมกะวัตต์ 11 กิโลโวลต์ สามเฟส 50 เฮิรตซ์ 166.4 รอบต่อนาที 36 ขั้ว

ตรวจสูตร 120 × 50 / 36 = 166.67 รอบต่อนาที เอกสารต้นทางพิมพ์ 166.4 ซึ่งเป็นการปัดเศษของต้นฉบับ ตัวเลขทางทฤษฎีที่ถูกคือ 166.67

ทีนี้ลองคำนวณเองกับเขื่อนฮูเวอร์

เอกสารเทคนิคของ ANDRITZ ระบุว่ากังหันฟรานซิสแนวตั้งของเขื่อนฮูเวอร์หมุนที่ 180 รอบต่อนาที ระบบไฟฟ้าสหรัฐฯ คือ 60 เฮิรตซ์ ดังนั้น

p = 120 × 60 / 180 = 40 ขั้ว

สี่สิบขั้ว เรียงรอบโรเตอร์ตัวเดียว หมุนสามรอบต่อวินาที นี่คือเหตุผลที่ห้องเครื่องเขื่อนฮูเวอร์ดูเหมือนโบสถ์ ไม่ใช่ห้องเครื่องโรงงาน

ประสิทธิภาพของตัวเจนเนอเรเตอร์เองอยู่ที่ 90 ถึง 96% ขึ้นกับความเร็วและขนาดเครื่อง ตามเอกสารของ IEA Hydro ตัวเลขนี้คือส่วนหนึ่งของ η ในสูตร P = ρgQHη ที่เราคุยกันไปแล้ว หากอยากเข้าใจเรื่องพิกัดกำลังของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าให้ลึกขึ้น อ่านเพิ่มได้ที่บทความเรื่องพิกัดกำลังไฟฟ้าคืออะไร

14. สิบเจ็ดปีที่เปลี่ยนโลก ปี 1878 ถึง 1895

พลังน้ำใช้เวลา 2,100 ปีในการทำงานเชิงกล และใช้เวลาเพียง 17 ปีในการกลายเป็นระบบไฟฟ้าระดับอุตสาหกรรม

1878 คแร็กไซด์ บ้านหลังแรกของโลกที่ใช้ไฟจากพลังน้ำ

วิลเลียม อาร์มสตรอง วิศวกรและนักอุตสาหกรรมชาวอังกฤษ ติดตั้งเครื่องไดนาโมของซีเมนส์ที่ขับด้วยกังหันน้ำขนาด 6 แรงม้า ห่างจากตัวบ้านราว 1,500 หลา ที่คฤหาสน์คแร็กไซด์ เทศมณฑลนอร์ทัมเบอร์แลนด์ ในปี 1878 เพื่อจ่ายไฟให้โคมอาร์คในห้องแสดงภาพ ตามบันทึกของ National Trust ระบุว่าโคมอาร์คคาร์บอนถูกติดตั้งในห้องแกลเลอรีในปี 1878 ให้แสงที่น่าตื่นตาแต่จ้าเกินไป

สองปีต่อมาในปี 1880 ห้องสมุดของคแร็กไซด์กลายเป็นการติดตั้งหลอดไส้ของโจเซฟ สวอน ในบ้านพักอาศัยเป็นครั้งแรก มีการติดตั้งหลอดสวอนทั้งหมด 45 หลอด แต่ไม่เคยเปิดพร้อมกันเกิน 37 หลอด ห้องสมุดใช้แปดหลอดในโคมแก้วฝ้า

1881 กอดัลมิง ไฟฟ้าสาธารณะแห่งแรกของเมือง

วันที่ 26 กันยายน 1881 เมืองกอดัลมิง เทศมณฑลเซอร์รีย์ เปิดใช้ไฟฟ้าสาธารณะเป็นครั้งแรก ต้นกำลังคือ ล้อน้ำแบบปงเซเลต์สองล้อ ที่โรงฟอกหนัง Westbrook Mill บนแม่น้ำเวย์ ขับไดนาโมกระแสสลับของซีเมนส์ สัญญาจ้างเริ่ม 1 ตุลาคม 1881 มูลค่า 195 ปอนด์ต่อปี

รายงานของ The Times วันที่ 16 ธันวาคม 1881 ระบุว่ามีโคมอาร์คเจ็ดดวงและหลอดสวอน 40 หลอด แต่เรื่องราวไม่ได้จบสวย น้ำท่วมทำให้ล้อน้ำจ่ายกำลังไม่พอ ต้องเสริมเครื่องจักรไอน้ำ 10 แรงม้าเข้าไป ซีเมนส์ย้ายเครื่องกำเนิดไฟฟ้าออกจากโรงสีเข้าไปในเมืองในเดือนมกราคม 1882 และในที่สุดเมืองก็กลับไปใช้แก๊สในวันที่ 1 พฤษภาคม 1884

1882 แอปเปิลตัน โรงไฟฟ้าพลังน้ำเชิงพาณิชย์แห่งแรกของโลก

ป้าย IEEE Milestone ที่โรงไฟฟ้าวัลแคนสตรีท เมืองแอปเปิลตัน รัฐวิสคอนซิน เขียนไว้ว่า ใกล้กับจุดนี้ เมื่อวันที่ 30 กันยายน 1882 สถานีไฟฟ้ากลางพลังน้ำแห่งแรกของโลกเริ่มเดินเครื่อง

ต้นกำลังคือน้ำตกสูง 10 ฟุตบนแม่น้ำฟ็อกซ์ ขับไดนาโมกระแสตรงแบบ K ของเอดิสัน แรงดัน 110 โวลต์ พิกัดจ่ายหลอด 16 แรงเทียนได้ 250 หลอด ซึ่งเทียบเท่ากำลังราว 12.5 กิโลวัตต์ ผู้ริเริ่มคือ เอช เจ โรเจอร์ส ประธานบริษัทกระดาษและบริษัทแก๊สของเมือง ที่ได้ยินเรื่องสถานีเพิร์ลสตรีทของเอดิสันซึ่งใช้ไอน้ำ แล้วคิดว่าเมืองของเขามีน้ำตกอยู่แล้ว

ในปีเดียวกันและก่อนหน้านั้นเล็กน้อย กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ บันทึกไว้ว่าปี 1880 ที่แกรนด์ราปิดส์ รัฐมิชิแกน มีไดนาโมขับด้วยกังหันน้ำจ่ายไฟให้โรงละครและหน้าร้าน และปี 1881 ที่น้ำตกไนแอการา มีไดนาโมบนกังหันในโรงสีแป้งจ่ายไฟให้ไฟถนน

1891 เลาเฟิน ถึง แฟรงก์เฟิร์ต 175 กิโลเมตรที่ยุติข้อถกเถียง

วันที่ 25 สิงหาคม 1891 มีการสาธิตส่งไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟส ระยะทาง 175 กิโลเมตร แรงดัน 15,000 โวลต์ ประสิทธิภาพ 75% กำลัง 300 แรงม้า จากโรงไฟฟ้าพลังน้ำที่เลาเฟินอัมเน็คคาร์ ไปยังงานนิทรรศการไฟฟ้าเทคนิคนานาชาติที่แฟรงก์เฟิร์ต ผู้อยู่เบื้องหลังคือ ออสคาร์ ฟอน มิลเลอร์ มีฮาอิล โดลิโว โดโบรโวลสกี จาก AEG และ ชาลส์ บราวน์ จาก Oerlikon

เหตุผลที่พลังน้ำเป็นตัวบังคับให้โลกเลือกไฟฟ้ากระแสสลับนั้นตรงไปตรงมา ไฟฟ้ากระแสตรงที่แรงดันใช้งานส่งไปได้ไกลไม่กี่ช่วงตึก แต่แหล่งพลังน้ำถูกกำหนดโดยภูมิศาสตร์ น้ำตก โตรกผา และภูเขาสูงอยู่ห่างจากเมืองและโรงงานเสมอ ไฟฟ้ากระแสสลับมีหม้อแปลงที่ยกแรงดันขึ้นเพื่อส่งและลดลงเพื่อใช้ ปัญหาจึงจบ

1895 สองโรงไฟฟ้าที่พิสูจน์ทุกอย่าง

โรงไฟฟ้าโฟลซัม รัฐแคลิฟอร์เนีย เดินเครื่องวันที่ 13 กรกฎาคม 1895 ส่งไฟไปซาคราเมนโตระยะทาง 22 ไมล์ ที่ 11,000 โวลต์ ผลิตได้ 3 เมกะวัตต์ในปีนั้น IEEE ระบุว่าเป็นหนึ่งในโรงไฟฟ้าแรก ๆ ที่ผลิตไฟสามเฟส และเป็นแห่งแรกที่ใช้สามเฟส 60 เฮิรตซ์ ซึ่งกลายเป็นมาตรฐานอเมริกาในเวลาต่อมา

และที่โด่งดังที่สุดคือโรงไฟฟ้าอดัมส์ ที่น้ำตกไนแอการา เดินเครื่องวันที่ 26 สิงหาคม 1895 ป้าย IEEE Milestone ระบุว่าการเดินเครื่องครั้งนั้นเป็นชัยชนะสำคัญของระบบไฟฟ้ากระแสสลับเหนือกระแสตรง

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมายเลข 1 ตัวจริงอยู่ที่พิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์อเมริกันแห่งสมิธโซเนียน สเปกคือ 5,000 แรงม้า 25 เฮิรตซ์ 2,200 โวลต์ สองเฟส น้ำหนักราว 85 ตัน ขนาด 12 คูณ 14 ฟุต และถูกสร้างใหม่ในปี 1926 เป็น 12,000 โวลต์ สามเฟส

วันที่ 15 พฤศจิกายน 1896 เริ่มส่งไฟจากไนแอการาไปเมืองบัฟฟาโลระยะทาง 22 ไมล์ โดยยกแรงดันจาก 2,200 โวลต์เป็น 11,000 โวลต์ ประสิทธิภาพระบบรวม 79.6%

15. ยุคเขื่อนยักษ์ จากฮูเวอร์ถึงไป๋เฮ่อทาน

เมื่อพิสูจน์แล้วว่าส่งไฟไกลได้ คำถามถัดมาคือจะใหญ่ได้แค่ไหน คำตอบตลอดเก้าสิบปีต่อมาคือ ใหญ่กว่าที่คิดเสมอ

โรงไฟฟ้า	ประเทศ	กำลังติดตั้ง	จำนวนเครื่อง	ปีที่เดินครบ
เขื่อนฮูเวอร์	สหรัฐฯ	ราว 2,080 MW	กังหันหลัก 17 ตัว	1936 เป็นต้นมา
แกรนด์คูลี	สหรัฐฯ	มากกว่า 6,809 MW	4 โรง รวมโรงสูบกลับ	โรงที่สามเสร็จปี 1980
อิไตปู	บราซิล / ปารากวัย	14,000 MW	20 เครื่อง เครื่องละ 700 MW	2007
เขื่อนสามผา	จีน	22,500 MW	32 เครื่อง เครื่องละ 700 MW + 2 เครื่อง เครื่องละ 50 MW	2012
ไป๋เฮ่อทาน	จีน	16,000 MW	16 เครื่อง เครื่องละ 1,000 MW	20 ธันวาคม 2022

ฮูเวอร์ ปี 1936 กับความจริงในปี 2569 ที่ต้องพูดถึง

สำนักงานชลประทานสหรัฐฯ ระบุสเปกเขื่อนฮูเวอร์ไว้ว่า กำลังติดตั้งราว 2,080 เมกะวัตต์ กังหันฟรานซิสแนวตั้ง 17 ตัว แบ่งเป็นฝั่งแอริโซนา 9 ตัวและฝั่งเนวาดา 8 ตัว โดยเป็นเครื่อง 178,000 แรงม้า 15 ตัว เครื่อง 100,000 แรงม้า 1 ตัว และเครื่อง 86,000 แรงม้า 1 ตัว หัวน้ำสูงสุด 590 ฟุตหรือ 180 เมตร ต่ำสุด 304 ฟุตหรือ 93 เมตร เฉลี่ย 510 ถึง 530 ฟุต ผลิตไฟเฉลี่ยปีละราว 4.2 พันล้านหน่วยในช่วงปี 1947 ถึง 2008

แต่ตัวเลขนั้นเป็นอดีต ปัจจุบันระดับน้ำในทะเลสาบมี้ดลดลงมาก รายงานที่อ้างอิงข้อมูล USBR ระบุว่ากำลังที่ใช้ได้จริงเหลือราว 1,304 เมกะวัตต์ และการผลิตไฟในปี 2023 อยู่ที่ราวครึ่งหนึ่งของปี 2000 ซึ่งเป็นปีสุดท้ายที่ทะเลสาบเต็ม กังหันรุ่นเก่าจะหยุดทำงานเมื่อระดับน้ำลงถึงราว 1,035 ฟุต ส่วนกังหันรุ่นใหม่ที่ออกแบบให้รับหัวน้ำกว้างเดินได้ถึง 950 ฟุต

นี่คือบทเรียนที่สำคัญที่สุดของพลังน้ำ กำลังติดตั้งไม่เท่ากับกำลังที่ใช้ได้ และหัวน้ำเปลี่ยนได้ตามภูมิอากาศ

อิไตปู โรงไฟฟ้าที่ต้องเดินสองความถี่พร้อมกัน

อิไตปูตั้งอยู่บนพรมแดนบราซิลกับปารากวัย และมีปัญหาที่ไม่มีเขื่อนไหนในโลกเจอ คือสองประเทศใช้ความถี่ไฟฟ้าคนละค่า ปารากวัยใช้ 50 เฮิรตซ์ บราซิลใช้ 60 เฮิรตซ์ ทางแก้คือติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้า 20 เครื่อง โดยสิบเครื่องเป็น 50 เฮิรตซ์ และอีกสิบเครื่องเป็น 60 เฮิรตซ์ ในโรงเดียวกัน

ตัวเลขจากผู้ดำเนินการ ผลิตไฟสูงสุดในปี 2016 ที่ 103,100 กิกะวัตต์ชั่วโมง ปี 2023 ผลิตได้ 83,800 กิกะวัตต์ชั่วโมง และผลิตสะสมมากกว่า 3 ล้านกิกะวัตต์ชั่วโมงตั้งแต่ปี 1984 ซึ่งผู้ดำเนินการระบุว่าเป็นปริมาณพลังงานสะสมสูงสุดจากโรงไฟฟ้าเดียวในประวัติศาสตร์ เขื่อนยาว 7.9 กิโลเมตร สูงสุด 196 เมตร จ่ายไฟราว 90% ของปารากวัยและราว 10% ของบราซิล

เขื่อนสามผา สถิติที่ยังไม่พบรายงานว่าถูกทำลาย

เขื่อนสามผาบนแม่น้ำแยงซี ข้อมูลจาก USGS ระบุความสูง 181 เมตร ความยาว 2,335 เมตร อ่างเก็บน้ำยาวขึ้นไป 600 กิโลเมตร พื้นที่ผิวน้ำ 1,080 ตารางกิโลเมตรที่ระดับเต็ม โครงสร้างเครื่องคือ 32 เครื่อง เครื่องละ 700 เมกะวัตต์ บวกเครื่องจ่ายไฟภายในโรงอีก 2 เครื่อง เครื่องละ 50 เมกะวัตต์ รวมได้ 22,500 เมกะวัตต์พอดี เครื่องแรกเข้าระบบปี 2003 และกังหันตัวสุดท้ายติดตั้งเสร็จต้นเดือนกรกฎาคม 2012 รันเนอร์ของโรงไฟฟ้าใต้ดินมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 เมตร หนัก 450 ตันต่อตัว

ปี 2020 เขื่อนสามผาผลิตไฟได้ 111.8 พันล้านหน่วย หรือ 111.8 เทระวัตต์ชั่วโมง ซึ่งเป็นสถิติโลกของโรงไฟฟ้าเดียว ก่อนหน้านั้นสถิติเป็นของอิไตปูที่ 103.098 พันล้านหน่วยในปี 2016 เขื่อนสามผาแซงหน้าเมื่อเวลา 08.20 น. ของวันที่ 15 พฤศจิกายน 2020 ปีถัดมาในปี 2021 ผลิตได้มากกว่า 103.6 พันล้านหน่วย ซึ่งต่ำกว่าปี 2020 และผลิตสะสมทะลุ 1.7 ล้านล้านหน่วยภายในเดือนธันวาคม 2024

ไป๋เฮ่อทาน กังหันเครื่องละหนึ่งกิกะวัตต์

โรงไฟฟ้าไป๋เฮ่อทานบนแม่น้ำจินซา ระหว่างมณฑลเสฉวนกับยูนนาน เดินเครื่องครบทั้งหมดเมื่อวันที่ 20 ธันวาคม 2022 กำลังติดตั้ง 16,000 เมกะวัตต์ จาก 16 เครื่อง เครื่องละ 1,000 เมกะวัตต์ ซึ่งเป็นกังหันน้ำที่ใหญ่ที่สุดในโลก คาดว่าผลิตไฟได้มากกว่า 62 เทระวัตต์ชั่วโมงต่อปี

รายละเอียดจากกรณีศึกษาของ International Hydropower Association น่าทึ่งมาก ฝั่งซ้าย 8 เครื่องผลิตโดย Dongfang Electric ฝั่งขวา 8 เครื่องผลิตโดย Harbin Electric แต่ละเครื่องสูงราว 50 เมตร หนักกว่า 7,500 ตัน หมุนที่ 111.1 รอบต่อนาทีฝั่งซ้าย และ 107.1 รอบต่อนาทีฝั่งขวา ติดตั้งระหว่างเดือนมิถุนายน 2021 ถึงกรกฎาคม 2022 และประสิทธิภาพสูงสุดจากน้ำเป็นไฟฟ้าอยู่ที่ 96.7%

ลองเทียบกันดู กังหันน้ำตัวแรกของฟูร์เนรงในปี 1827 ให้กำลัง 4.5 กิโลวัตต์ กังหันของไป๋เฮ่อทานตัวเดียวให้ 1,000,000 กิโลวัตต์ มากกว่ากัน 222,000 เท่า ในเวลา 195 ปี

ตารางเปรียบเทียบ กังหันเดี่ยวที่ใหญ่ที่สุดในแต่ละระดับ

กำลังต่อเครื่อง	โรงไฟฟ้า	ชนิดกังหัน
1,000 MW	ไป๋เฮ่อทาน จีน (16 เครื่อง)	ฟรานซิส
805 MW	แกรนด์คูลี โรง Nathaniel Washington สหรัฐฯ (3 เครื่อง)	ฟรานซิส
700 MW	เขื่อนสามผา จีน (32 เครื่อง) และ อิไตปู (20 เครื่อง)	ฟรานซิส
640 MW	ซายาโน ชูเชนสกายา รัสเซีย (10 เครื่อง)	ฟรานซิส
423 MW	บีเยอดรง สวิตเซอร์แลนด์ (3 เครื่อง)	เพลตัน ที่ทรงพลังที่สุดในโลก

16. สถิติสุดขั้วของโลกพลังน้ำ

หัวน้ำสูงที่สุด บีเยอดรง สวิตเซอร์แลนด์

โรงไฟฟ้าบีเยอดรงในระบบเคลอซง ดิกซองซ์ แคว้นวาเล ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ ผู้ดำเนินการระบุสเปกไว้ดังนี้ หัวน้ำ 1,883 เมตร กังหันเพลตัน 3 ตัว ตัวละ 423 เมกะวัตต์ รวม 1,269 เมกะวัตต์ อัตราการไหลสูงสุด 75 ลูกบาศก์เมตรต่อวินาที

ผู้ดำเนินการอ้างสถิติโลกสามข้อ คือ ความสูงของหัวน้ำ กำลังของกังหันเพลตันต่อตัว และกำลังต่อขั้วของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ 35.7 MVA

ประวัติของมันไม่ราบรื่น สร้างระหว่างปี 1993 ถึง 1998 ท่อส่งน้ำแตกเมื่อวันที่ 12 ธันวาคม 2000 แล้วหยุดเดินเครื่องยาวเกือบเก้าปี โดยงานซ่อมใหญ่ใช้เวลาสี่ปีครึ่งในช่วงปี 2005 ถึง 2009 ค่าใช้จ่าย 365 ล้านฟรังก์สวิส และกลับมาผลิตไฟอีกครั้งในเดือนมกราคม 2010

เขื่อนที่สูงที่สุดในโลก

Guinness World Records ระบุว่าเขื่อนที่สูงที่สุดในโลกคือ เขื่อนจินผิง 1 สูง 305 เมตร บนแม่น้ำหยาหลง มณฑลเสฉวน ประเทศจีน แล้วเสร็จปี 2012 เป็นเขื่อนโค้งบางสองความโค้ง มีกังหันฟรานซิส 6 ตัว รวม 3,600 เมกะวัตต์ Guinness เปรียบเทียบไว้ว่าสูงกว่าหอไอเฟล 5 เมตร

ภาพรวมโลก ณ สิ้นปี 2025

ตัวชี้วัด	ค่า	แหล่ง
กำลังผลิตพลังน้ำติดตั้งทั่วโลก	1,469 GW (นับสูบกลับด้วย)	IHA World Hydropower Outlook 2026
กำลังผลิตพลังน้ำติดตั้งทั่วโลก	1,456 GW (1,296 GW พลังน้ำหมุนเวียน + 160 GW สูบกลับล้วน)	IRENA Renewable Capacity Statistics 2026
กำลังที่เพิ่มในปี 2025	28 GW รวมสูบกลับ 11.7 GW ซึ่งเป็นสถิติใหม่	IHA 2026
ผลิตไฟฟ้าทั่วโลกปี 2025	4,495 TWh	IHA 2026
สัดส่วนไฟฟ้าโลกปี 2024	14.3% เป็นแหล่งไฟฟ้าหมุนเวียนที่ใหญ่ที่สุดของโลก	IHA 2025
โรงไฟฟ้าสูบกลับทั่วโลก	201 GW ทะลุ 200 GW เป็นครั้งแรก	IHA 2026
ประเทศที่มีกำลังผลิตสูงสุด	จีน (อย่างน้อย 377 GW) บราซิล แคนาดา สหรัฐฯ รัสเซีย อินเดีย ตุรกี นอร์เวย์ รวมกันเกือบสองในสามของโลก	REN21 GSR 2025 (ข้อมูลปี 2024)

17. อีกด้านของเหรียญ ที่บทความพลังงานสะอาดมักไม่เล่า

พลังน้ำเป็นพลังงานหมุนเวียนที่ปล่อยคาร์บอนต่ำและอายุใช้งานยาวที่สุด แต่มันไม่ใช่พลังงานที่ไม่มีต้นทุน และการเขียนถึงมันโดยไม่พูดถึงด้านนี้คือการเขียนไม่ครบ

ก๊าซเรือนกระจกจากอ่างเก็บน้ำ

งานวิจัยของ ดีเมอร์ และคณะ ในวารสาร BioScience ปี 2016 ประเมินการปล่อยก๊าซจากผิวน้ำของอ่างเก็บน้ำทั่วโลกไว้ที่ 0.8 พันล้านตันคาร์บอนไดออกไซด์เทียบเท่าต่อปี ในช่วง 0.5 ถึง 1.2 โดยส่วนใหญ่ของแรงบังคับการแผ่รังสีมาจากมีเทน ไม่ใช่คาร์บอนไดออกไซด์ และตัวแปรที่ทำนายการปล่อยได้ดีที่สุดคือความอุดมสมบูรณ์ของสารอาหารในอ่าง ไม่ใช่อายุอ่างหรือละติจูด

งานวิจัยในวารสาร Nature Geoscience ปี 2022 ให้ช่วง 0.73 ถึง 2.41 พันล้านตันต่อปี และเพิ่มข้อมูลที่สำคัญคือ การปล่อยคาร์บอนจากอ่างเก็บน้ำทั่วโลกขึ้นสูงสุดในปี 1987 แล้วลดลงเรื่อยมาเมื่ออ่างมีอายุมากขึ้น ณ ปี 2020 มีเทนจากอ่างเก็บน้ำคิดเป็น 5.2% ของมีเทนที่มนุษย์ปล่อยทั้งหมด

สรุปอย่างเป็นธรรมคือ การปล่อยก๊าซจากอ่างเก็บน้ำมีจริง มีเทนเป็นตัวหลัก ค่าต่างกันมหาศาลระหว่างอ่างแต่ละแห่ง โดยอ่างในเขตร้อนที่ตื้นและมีสารอาหารสูงแย่ที่สุด แต่แนวโน้มโดยรวมกำลังลดลง

ตะกอนที่กินความจุอ่างเก็บน้ำไปเรื่อย ๆ

รายงานของสถาบันน้ำ สิ่งแวดล้อม และสุขภาพ แห่งมหาวิทยาลัยสหประชาชาติ เผยแพร่วันที่ 11 มกราคม 2023 ประเมินเขื่อนขนาดใหญ่ 47,403 แห่งใน 150 ประเทศ พบว่า

• ความจุเก็บกักรวมเดิมหายไปแล้ว 13 ถึง 19% จากการตกตะกอน
• คาดว่าจะหายไป 23 ถึง 28% ภายในปี 2050 คิดเป็นราว 1,650 พันล้านลูกบาศก์เมตร ซึ่งใกล้เคียงกับปริมาณการใช้น้ำต่อปีของอินเดีย จีน อินโดนีเซีย ฝรั่งเศส และแคนาดา รวมกัน
• ประเทศที่จะเสียมากที่สุดภายในปี 2050 คือ สหราชอาณาจักร ปานามา ไอร์แลนด์ ญี่ปุ่น และเซเชลส์ ที่ 35 ถึง 50% โดยญี่ปุ่นราว 50% ส่วนอินเดียราว 26% และจีนราว 10%

นี่คือเหตุผลว่าทำไมเขื่อนเป็นสินทรัพย์ที่ต้องบริหารตะกอน ไม่ใช่สร้างเสร็จแล้วจบ

ปลาอพยพ

รายงาน Living Planet Index สำหรับปลาน้ำจืดอพยพ ที่ WWF และพันธมิตรเผยแพร่วันที่ 20 พฤษภาคม 2024 ระบุว่า ประชากรปลาน้ำจืดอพยพที่ติดตามอยู่ลดลงเฉลี่ย 81% ระหว่างปี 1970 ถึง 2020 ภูมิภาคลาตินอเมริกาและแคริบเบียนลดลง 91% ยุโรปลดลง 75% และรายงานระบุว่าการสูญเสียถิ่นอาศัยและการแบ่งแม่น้ำออกเป็นท่อน ๆ ด้วยเขื่อนและสิ่งกีดขวางอื่น คิดเป็นครึ่งหนึ่งของภัยคุกคามทั้งหมด

คนที่ต้องย้ายออก

กรณีเขื่อนสามผา บริแทนนิกาสรุปไว้ว่ามีคนราว 1.3 ล้านคนถูกโยกย้าย ขณะที่ฝ่ายวิจารณ์ให้ตัวเลข 1.9 ล้านคน ครอบคลุมเมืองและหมู่บ้านมากกว่า 1,500 แห่ง และมีแหล่งโบราณคดีและประวัติศาสตร์ราว 1,200 แห่งจมน้ำหลังเริ่มกักเก็บในปี 2003 ธนาคารโลกปฏิเสธการให้เงินสนับสนุนโครงการนี้โดยอ้างข้อกังวลด้านสิ่งแวดล้อมและด้านอื่น

สองอุบัติเหตุที่ต้องเรียนรู้

ซายาโน ชูเชนสกายา รัสเซีย 17 สิงหาคม 2009 เวลา 08.13 น. โรงไฟฟ้าขนาด 6,400 เมกะวัตต์ จากกังหัน 10 เครื่อง เครื่องละ 640 เมกะวัตต์ เกิดความเสียหายรุนแรงที่เครื่องที่ 2 ห้องกังหันถูกน้ำท่วมและเพดานถล่ม มีผู้เสียชีวิต 75 คน

สาเหตุที่การสอบสวนระบุคือ ค่าการสั่นสะเทือนอยู่ที่ 840 ไมโครเมตร เทียบกับค่าสูงสุดที่ยอมรับได้ 160 ไมโครเมตร หรือสูงกว่าเกณฑ์ราวห้าเท่า สลักยึดฝาครอบกังหันมีความเสียหายจากความล้าเฉลี่ย 65% ของพื้นที่หน้าตัด และสลักบางตัวไม่มีร่องรอยของการขันน็อตเลย แปลว่าไม่เคยถูกใส่น็อต อีกทั้งเครื่องถูกเดินผ่านย่านการทำงานที่ระบุว่าไม่แนะนำซ้ำแล้วซ้ำเล่า ในระหว่างทำหน้าที่ควบคุมความถี่ให้ระบบไฟฟ้า

ประเด็นที่ต้องเขียนให้ชัดคือ นี่คือความล้มเหลวเชิงกลและเชิงการบำรุงรักษาของกังหันเครื่องหนึ่ง ไม่ใช่การพังของตัวเขื่อน ตัวเขื่อนไม่ได้เสียหาย การบูรณะแล้วเสร็จในเดือนพฤศจิกายน 2014 โดยเปลี่ยนเครื่องใหม่ทั้ง 10 เครื่อง

เขื่อนปั้นเฉียว มณฑลเหอหนาน จีน 8 สิงหาคม 1975 เขื่อนพังหลังเวลาตีหนึ่งเล็กน้อย ระหว่างพายุไต้ฝุ่นนีนา ฝนวันแรกเกิน 1,000 มิลลิเมตร ซึ่งมากกว่าปริมาณฝนทั้งปีตามปกติของพื้นที่ราวหนึ่งในห้า ตามด้วยฝนหนักอีกสามวัน วันเดียวกันนั้นมีเขื่อนและอ่างเก็บน้ำอื่นพังอีก 61 แห่ง เขื่อนถูกออกแบบให้รับน้ำท่วมรอบ 1,000 ปี แต่เหตุการณ์จริงรุนแรงราวสองเท่าของนั้น

ยอดผู้เสียชีวิตยังเป็นข้อถกเถียง บริแทนนิการะบุผู้เสียชีวิตจากน้ำท่วมโดยตรงราว 26,000 คน และเสียชีวิตต่อเนื่องจากโรคระบาดและความอดอยากอีกราว 145,000 คน โดยบางแหล่งให้ยอดรวมมากกว่า 220,000 คน มีผู้ได้รับผลกระทบมากกว่า 10 ล้านคน สมาคมเจ้าหน้าที่ความปลอดภัยเขื่อนแห่งรัฐของสหรัฐฯ ให้ตัวเลขต่างออกไปเล็กน้อยและระบุปัจจัยร่วมว่า สายสื่อสารขาด ประตูระบายน้ำห้าบานระบายไม่ทัน และทางระบายน้ำล้นสำรองมีขนาดเล็กเกินไป

18. พลังน้ำในประเทศไทย ตัวเลขจริงจาก กฟผ.

ประเทศไทยมีเขื่อนผลิตไฟฟ้ามาตั้งแต่ปี 2507 และวันนี้มีกำลังผลิตพลังน้ำในระบบราว 4,000 เมกะวัตต์ แต่ผลิตไฟได้เพียงราว 3% ของทั้งประเทศ ซึ่งเป็นตัวเลขที่ทำให้หลายคนแปลกใจ

เขื่อนผลิตไฟฟ้าหลักของ กฟผ.

เขื่อน	กำลังผลิต	เครื่อง	ชนิด / ความสูง	ปีเปิดใช้
เขื่อนภูมิพล ตาก	779.20 MW	8 เครื่อง	คอนกรีตโค้ง 154 ม.	2507
เขื่อนศรีนครินทร์ กาญจนบุรี	720 MW	5 เครื่อง	หินถมแกนดินเหนียว 140 ม.	2524
เขื่อนสิริกิติ์ อุตรดิตถ์	500 MW	4 เครื่อง เครื่องละ 125 MW	ดินแกนกลางดินเหนียว 113.60 ม. เขื่อนดินที่ใหญ่ที่สุดในไทย	2520
เขื่อนวชิราลงกรณ กาญจนบุรี	300 MW	3 เครื่อง เครื่องละ 100 MW	หินถมดาดหน้าคอนกรีต 92 ม.	2529
เขื่อนรัชชประภา สุราษฎร์ธานี	240 MW	3 เครื่อง เครื่องละ 80 MW	หินถมแกนดินเหนียว 94 ม.	2530
เขื่อนปากมูล อุบลราชธานี	136 MW	4 เครื่อง เครื่องละ 34 MW	คอนกรีตบดอัดแน่น สูงเพียง 17 ม.	2537
เขื่อนบางลาง ยะลา	84 MW	–	–	–
เขื่อนจุฬาภรณ์ ชัยภูมิ	40 MW	–	–	–
เขื่อนท่าทุ่งนา กาญจนบุรี	39 MW	–	–	–
เขื่อนสิรินธร อุบลราชธานี	36 MW	–	หินถมแกนดินเหนียว 42 ม.	2514
เขื่อนแควน้อยบำรุงแดน พิษณุโลก	30 MW	–	–	–
เขื่อนอุบลรัตน์ ขอนแก่น	25.20 MW	3 เครื่อง เครื่องละ 8.4 MW	หินถมแกนดินเหนียว 32 ม. เขื่อนพลังน้ำแห่งแรกของ กฟผ. ในภาคอีสาน	2509
เขื่อนแก่งกระจาน เพชรบุรี	19 MW	–	–	–
เขื่อนเจ้าพระยา ชัยนาท	12 MW	–	–	–
เขื่อนแม่กลอง กาญจนบุรี	12 MW	–	–	–
รวมเขื่อนใหญ่		2,972.40 MW

ที่มา กฟผ. ข้อมูลกำลังผลิตตามสัญญาเดือนมิถุนายน 2569 ช่องที่ใส่ขีดไว้คือรายการที่ กฟผ. ไม่ได้เผยแพร่รายละเอียดในหน้าสเปกเขื่อน จึงไม่ได้ประมาณค่าขึ้นมาเอง

เขื่อนภูมิพล เขื่อนคอนกรีตโค้งแห่งเดียวในไทยและอาเซียน

กฟผ. ระบุว่าเขื่อนภูมิพลเป็นเขื่อนคอนกรีตโค้งและเป็นเขื่อนอเนกประสงค์แห่งแรกของประเทศไทย เป็นเขื่อนคอนกรีตโค้งแห่งเดียวในประเทศไทยและเอเชียอาคเนย์ และเป็นเขื่อนโค้งที่สูงเป็นอันดับ 8 ของโลก สูง 154 เมตร สันเขื่อนยาว 486 เมตร กว้าง 6 เมตร รัศมีความโค้ง 250 เมตร อ่างเก็บน้ำ 13,462 ล้านลูกบาศก์เมตร พื้นที่ผิวน้ำราว 300 ตารางกิโลเมตร

โครงสร้างเครื่อง 8 เครื่อง รวม 779.20 เมกะวัตต์ แบ่งเป็นเครื่องที่ 1 ถึง 6 เครื่องละ 82.20 เมกะวัตต์ เครื่องที่ 7 ขนาด 115 เมกะวัตต์ และเครื่องที่ 8 ขนาด 171 เมกะวัตต์ เป็นเครื่องสูบกลับ ตรวจสอบผลรวม 6 × 82.20 + 115 + 171 = 779.2 พอดี

ไทม์ไลน์ตามบันทึกของ กฟผ. ได้รับพระราชทานชื่อเขื่อนภูมิพลแทนชื่อเดิมเขื่อนยันฮี เมื่อ 25 กรกฎาคม 2500 วางศิลาฤกษ์ 24 มิถุนายน 2504 เครื่องที่ 1 และ 2 ขนาดเครื่องละ 70,000 กิโลวัตต์ เข้าระบบ 17 พฤษภาคม และ 15 มิถุนายน 2507 ต่อมาเครื่องที่ 1 ถึง 4 เพิ่มกำลังเครื่องละ 6,300 กิโลวัตต์ในช่วงปี 2535 ถึง 2540 และเครื่องที่ 8 แบบสูบกลับติดตั้งปี 2534 เข้าระบบมกราคม 2539

เขื่อนปากมูล กังหันบัลบ์ที่ทำงานได้ที่หัวน้ำเพียง 3 เมตร

เขื่อนปากมูลน่าสนใจในเชิงเทคนิคมาก เพราะสูงเพียง 17 เมตร แต่ยังผลิตไฟได้ 136 เมกะวัตต์ กฟผ. อธิบายไว้ว่าเครื่องผลิตไฟฟ้าเป็นแบบพิเศษ มีรูปร่างคล้ายกระสวย โดยกังหันน้ำและเครื่องผลิตไฟฟ้าบรรจุรวมอยู่ในกระเปาะเดียวกัน วางตามแนวนอนที่ระดับท้องน้ำ และสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ด้วยความสูงของน้ำเพียง 3 เมตรขึ้นไป

นี่คือกังหันแบบบัลบ์ ซึ่งเป็นญาติของคาปลาน และเป็นเทคโนโลยีเดียวกับที่โครงการพลังน้ำท้ายเขื่อนชลประทานใช้อยู่ทั่วประเทศ

ตัวเลขระดับประเทศ

รายการ	ค่า	ปีข้อมูล
กำลังผลิตตามสัญญาทั้งระบบ	48,852.11 MW	มิ.ย. 2569
พลังน้ำเขื่อนใหญ่ กฟผ.	2,972.40 MW	มิ.ย. 2569
พลังน้ำขนาดเล็ก กฟผ. (15 แห่ง)	65.73 MW	มิ.ย. 2569
โรงไฟฟ้าสูบกลับลำตะคอง	1,000 MW	มิ.ย. 2569
รวมพลังน้ำ กฟผ.	ราว 4,038 MW (คำนวณจากตาราง กฟผ.)	มิ.ย. 2569
ไฟฟ้านำเข้า (สปป.ลาว + เชื่อมโยงไทย-มาเลเซีย)	6,234.90 MW คิดเป็น 12.76% ของกำลังผลิตทั้งระบบ	มิ.ย. 2569
ไฟฟ้าที่ผลิตได้ทั้งประเทศ	219,540.04 GWh	2566
พลังน้ำในประเทศผลิตได้	6,421.04 GWh คิดเป็น 2.92%	2566
ไฟฟ้านำเข้าคิดเป็น	32,805.15 GWh หรือ 14.94%	2566
ก๊าซธรรมชาติ	128,678.77 GWh หรือ 58.61%	2566

ไฟฟ้าพลังน้ำที่ซื้อจาก สปป.ลาว

กรอบความร่วมมือไทย-ลาวขยายตัวผ่านบันทึกความเข้าใจห้าฉบับ จาก 1,500 เมกะวัตต์ในปี 2536 เป็น 3,000 ในปี 2539 เป็น 5,000 ในปี 2549 เป็น 7,000 ในปี 2550 และฉบับที่ห้าเมื่อวันที่ 1 มีนาคม 2565 ขยายเป็น 10,500 เมกะวัตต์

โครงการ	กำลังผลิตโรงไฟฟ้า	ขายให้ กฟผ.	ปีเดินเครื่อง
Xayaburi ไซยะบุรี	1,362 MW	1,220 MW	2562
Nam Theun 2 น้ำเทิน 2	1,070 MW	948 MW	2553
Nam Ngum 2 น้ำงึม 2	615 MW	597 MW	2554
Nam Theun 1 น้ำเทิน 1	650 MW	514 MW	2565
Xe-Pian Xe-Namnoy	418 MW	354 MW	2562
Nam Ngiep 1	297 MW	269 MW	2562
Theun-Hinboun และส่วนขยาย	240 + 220 MW	220 + 220 MW	2541 และ 2555
Houay Ho	150 MW	126 MW	2542
รวมที่เดินเครื่องแล้ว		ราว 4,460 MW

ตารางนี้มาจากการรวบรวมของสื่อเฉพาะทางด้านพลังงาน ไม่ใช่เอกสารทางการของ กฟผ. โดยตรง จึงควรใช้เป็นภาพรวม แหล่งข้อมูลระบุยอดรวม 4,461.60 เมกะวัตต์ ขณะที่การบวกตัวเลขในคอลัมน์ขายให้ กฟผ. ของตารางนี้ได้ 4,468 เมกะวัตต์ ต่างกันเล็กน้อยจากการปัดเศษของแหล่งข้อมูลเอง บทความนี้จึงเขียนว่าราว 4,460 เมกะวัตต์ ส่วนตัวเลขที่ กฟผ. เผยแพร่เองคือยอดรวมนำเข้า 6,234.90 เมกะวัตต์ ซึ่งรวมสายเชื่อมโยงไทย-มาเลเซียไว้ด้วย กฟผ. ไม่ได้แยกตัวเลขเฉพาะลาวไว้ในหน้านั้น

19. โรงไฟฟ้าสูบกลับ แบตเตอรี่น้ำที่ไทยมีอยู่แล้ว 1,531 เมกะวัตต์

โรงไฟฟ้าสูบกลับไม่ใช่แหล่งพลังงาน แต่เป็นที่เก็บพลังงาน รายงาน IPCC ระบุประเด็นนี้ไว้ชัดว่ามันทำหน้าที่เป็น energy storage ไม่ใช่ energy source

หลักการคือ ช่วงที่ไฟเหลือ เช่นกลางวันที่โซลาร์ล้นระบบหรือกลางคืนที่ความต้องการต่ำ ให้ปั๊มน้ำจากอ่างล่างขึ้นอ่างบน ช่วงที่ไฟขาด ปล่อยน้ำลงผ่านกังหันเพื่อผลิตไฟ ประสิทธิภาพไปกลับ (round-trip efficiency) ที่หน่วยงานสามแห่งรายงานตรงกันคือ 79 ถึง 80% โดย EIA สหรัฐฯ วัดได้ 79% จากข้อมูลปี 2019 กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ ระบุว่าโรงใหม่อยู่ราว 80% และ NREL ใช้ค่ากลาง 80% พร้อมระบุว่าไม่คาดว่าจะดีขึ้นอีก เพราะเทคโนโลยีอิ่มตัวแล้ว

ประเทศไทยมีอะไรอยู่

โรงไฟฟ้าสูบกลับ	กำลัง	รายละเอียด
ลำตะคองชลภาวัฒนา นครราชสีมา	1,000 MW	4 เครื่อง เครื่องละ 250 MW เครื่องที่ 1-2 เข้าระบบปี 2547 เครื่องที่ 3-4 เดินเชิงพาณิชย์ 30 ธันวาคม 2562
เขื่อนศรีนครินทร์ เครื่องที่ 4 และ 5	360 MW	เครื่องละ 180 MW
เขื่อนภูมิพล เครื่องที่ 8	171 MW	ติดตั้งปี 2534 เข้าระบบมกราคม 2539
รวม	1,531 MW

ลำตะคองชลภาวัฒนามีจุดที่หลายคนไม่รู้ กฟผ. ระบุว่าเป็นโรงไฟฟ้าใต้ดินแห่งแรกและแห่งเดียวของประเทศไทย อยู่ลึกลงไปราว 350 เมตร ในโพรงขนาดกว้าง 23 เมตร ยาว 175 เมตร สูง 47 เมตร อ่างพักน้ำตอนบนอยู่บนเขายายเที่ยง ความจุ 10.3 ล้านลูกบาศก์เมตร พื้นที่ 0.34 ตารางกิโลเมตร

บทบาทที่สำคัญขึ้นเรื่อย ๆ คือการรับมือกับพลังงานหมุนเวียนที่ผันผวน กฟผ. ระบุว่าโรงไฟฟ้าสูบกลับตอบสนองได้ในเวลาไม่ถึง 5 นาที ใช้ชดเชยเมื่อกำลังผลิตจากลมและแสงอาทิตย์ตกลงกะทันหัน ซึ่งเป็นบทบาทเดียวกับที่ระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ BESSกำลังทำอยู่ เพียงแต่สูบกลับเก็บพลังงานได้นานกว่ามากและอายุใช้งานยาวกว่า

ในระดับโลก IHA รายงานว่ากำลังผลิตโรงไฟฟ้าสูบกลับทะลุ 200 กิกะวัตต์เป็นครั้งแรกในปี 2025 อยู่ที่ 201 กิกะวัตต์ และเพิ่มขึ้น 11.7 กิกะวัตต์ในปีเดียว ซึ่งเป็นสถิติใหม่ อินเดียตั้งเป้า 100 กิกะวัตต์ภายในปี 2035 และสหรัฐฯ มีโครงการอยู่ในท่อมากกว่า 60 กิกะวัตต์

20. ทำไมเขื่อนไทยเดินได้แค่ 21% ของกำลังที่มี

ตัวประกอบกำลังผลิต หรือ capacity factor คือสัดส่วนพลังงานที่ผลิตได้จริงเทียบกับที่จะผลิตได้ถ้าเดินเต็มพิกัดตลอดปี ค่าเฉลี่ยของพลังน้ำทั่วโลกในปี 2024 ตามข้อมูล IRENA อยู่ที่ 48%

เมื่อคำนวณจากตัวเลขกำลังผลิตและพลังงานต่อปีที่ กฟผ. เผยแพร่เอง ผลออกมาต่ำกว่านั้นมาก

เขื่อน	กำลัง (MW)	พลังงานต่อปี (GWh)	ตัวประกอบกำลังผลิตที่คำนวณได้
ภูมิพล	779.20	1,062	15.6%
สิรินธร	36	52	16.5%
ศรีนครินทร์	720	1,250	19.8%
สิริกิติ์	500	1,000	22.8%
ปากมูล	136	280	23.5%
อุบลรัตน์	25.20	56.1	25.4%
รัชชประภา	240	554	26.4%
วชิราลงกรณ	300	777	29.6%
รวม 8 เขื่อน	2,736.40	5,031	ราว 21%

ตัวเลขในคอลัมน์สุดท้ายเป็นการคำนวณเองจากข้อมูล กฟผ. ด้วยสูตร พลังงานต่อปีหน่วย GWh คูณ 1,000 หารด้วย (กำลังหน่วย MW คูณ 8,760 ชั่วโมง) ไม่ใช่ตัวเลขที่ กฟผ. เผยแพร่โดยตรง และเมื่อตรวจทานกับตัวเลขระดับประเทศคือ พลังน้ำในประเทศผลิตได้ 6,421 GWh ในปี 2566 เทียบกับกำลังพลังน้ำของ กฟผ. ที่ไม่รวมโรงไฟฟ้าสูบกลับลำตะคอง ราว 3,038 MW ได้ค่าราว 24% และถ้าหักเครื่องสูบกลับที่ติดตั้งอยู่ในเขื่อนศรีนครินทร์ 360 MW กับเขื่อนภูมิพล 171 MW ออกอีก เหลือ 2,507 MW จะได้ราว 29% ทั้งสองค่าอยู่ในระดับเดียวกับที่คำนวณรายเขื่อน

สาเหตุที่แท้จริง

เหตุผลไม่ใช่เพราะกังหันไทยด้อยกว่าใคร แต่เพราะภารกิจของเขื่อนไทยไม่ใช่การผลิตไฟ กฟผ. ระบุถึงเขื่อนภูมิพลไว้ตรง ๆ ว่ามีภารกิจหลักคือระบายน้ำและผลิตไฟฟ้าให้ตรงตามแผนที่กรมชลประทานกำหนดมาให้ แปลว่าเขื่อนจะเดินเครื่องเมื่อกรมชลประทานสั่งปล่อยน้ำเพื่อการเกษตร ไม่ใช่เมื่อระบบไฟฟ้าต้องการไฟ บวกกับฝนไทยเป็นฤดูมรสุมที่กระจุกตัวรุนแรง

กรณีเขื่อนภูมิพลที่ได้ 15.6% ยังมีเหตุผลเพิ่มอีกข้อ คือ 171 เมกะวัตต์จาก 779.20 เมกะวัตต์เป็นเครื่องสูบกลับซึ่งออกแบบมาเดินช่วงพีคสั้น ๆ ไม่ได้เดินยาว

มองไปข้างหน้า รายงานของ IEA ปี 2021 คาดว่าตัวประกอบกำลังผลิตของพลังน้ำในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ภาคพื้นทวีปจะลดลงอีก 5.9 ถึง 8.2% ในช่วงปี 2020 ถึง 2059 เทียบกับฐานปี 1970 ถึง 2000 ภายใต้สถานการณ์การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

21. ไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็กและขนาดจิ๋วในไทย ของจริงที่เดินเครื่องอยู่

ภาพจำของพลังน้ำคือเขื่อนใหญ่ แต่สิ่งที่คนทั่วไปเข้าถึงได้จริงคือระดับกิโลวัตต์ถึงหลักร้อยกิโลวัตต์ และประเทศไทยมีของแบบนี้อยู่มากกว่าที่คนคิด

โครงการของกรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน (พพ.)

จากชุดข้อมูลเปิดของ พพ. ข้อมูล ณ เดือนพฤศจิกายน 2561

ประเภท	จำนวนโครงการ	กำลังผลิตรวม
รวมทั้งหมดที่ พพ. ดำเนินการ	119 โครงการ	ราว 67,269 kW
โครงการไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็ก	23	61,707 kW
โครงการไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็กมาก (รวม)	96	5,562 kW
— ระดับหมู่บ้าน	64	2,450 kW
— ระดับหมู่บ้านอย่างยั่งยืน	17	1,942 kW
— โรงไฟฟ้าพลังน้ำชุมชน	15	1,170 kW

โครงการขนาดเล็กที่ใหญ่ที่สุดของ พพ. คือ คีรีธาร จันทบุรี 12,200 กิโลวัตต์ ตามด้วยแม่สะงา แม่ฮ่องสอน 10,340 กิโลวัตต์ และคลองทุ่งเพล จันทบุรี 9,800 กิโลวัตต์ ส่วนโรงไฟฟ้าระดับหมู่บ้านมีขนาด 15 ถึง 80 กิโลวัตต์ต่อแห่ง กระจุกตัวอยู่ที่เชียงใหม่ แม่ฮ่องสอน ตาก เชียงราย ลำปาง และพะเยา

โรงไฟฟ้าพลังน้ำท้ายเขื่อนชลประทานของ กฟผ.

นี่คือแนวคิดที่ฉลาดที่สุดในบรรดาโครงการพลังน้ำไทย คือติดตั้งกังหันที่ท้ายเขื่อนของกรมชลประทานที่มีอยู่แล้ว ไม่สร้างเขื่อนใหม่ ไม่กักน้ำเพิ่ม กฟผ. อธิบายเหตุผลไว้ว่าเป็นการก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำ ณ บริเวณท้ายเขื่อนของกรมชลประทานที่มีอยู่แล้ว จึงไม่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม และจะผลิตไฟฟ้าเมื่อกรมชลประทานระบายน้ำลงสู่ท้ายน้ำตามแผนการปล่อยน้ำตามปกติ จึงไม่มีผลกระทบต่อผู้ใช้น้ำทั้งน้ำเหนือและท้ายน้ำ

ลงนามบันทึกความเข้าใจกับกรมชลประทานเมื่อ 17 เมษายน 2550 และทยอยดำเนินการเป็นระยะ

ระยะ	โครงการ	กำลังรวม
ระยะที่ 1	6 เขื่อน ได้แก่ เจ้าพระยา นเรศวร แม่กลอง ขุนด่านปราการชล ป่าสักชลสิทธิ์ แควน้อยบำรุงแดน	78.70 MW
ระยะที่ 2	กิ่วคอหมา 5.50 MW (COD 9 เม.ย. 2561) คลองตรอน 2.50 MW (COD 16 ธ.ค. 2563) ท้ายเขื่อนจุฬาภรณ์ 1.25 MW (COD 29 พ.ย. 2562)	9.25 MW
ระยะที่ 3	เขื่อนผาจุก 14 MW (COD 30 ก.ย. 2565)	14 MW
ระยะที่ 4 (อยู่ระหว่างศึกษา)	ลำตะคอง 1.50 MW ลำปาว 2.50 MW ห้วยแม่ท้อ 1.25 MW กระเสียว 1.50 MW	6.75 MW

บ้านแม่กำปอง เชียงใหม่ ต้นแบบไมโครไฮโดรชุมชนของไทย

เรื่องนี้เริ่มในปี 2522 เมื่อพระบาทสมเด็จพระบรมชนกาธิเบศร มหาภูมิพลอดุลยเดชมหาราช บรมนาถบพิตร เสด็จเยี่ยมหมู่บ้านแม่กำปอง ตำบลห้วยแก้ว อำเภอแม่ออน จังหวัดเชียงใหม่ ตอนนั้นหมู่บ้านยังไม่มีไฟฟ้า ชาวบ้านต้องตากเมี่ยงตอนกลางคืนด้วยแสงตะเกียงน้ำมันก๊าด

ในปี 2525 พพ. สนับสนุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและวัสดุ ส่วนชาวบ้านลงแรงสร้างฝาย ท่อส่งน้ำ เสาไฟ และมิเตอร์เอง เครื่องแรกขนาด 20 กิโลวัตต์ จ่ายไฟได้ตั้งแต่ปี 2526 และเพิ่มเครื่องที่สองขนาด 20 กิโลวัตต์เมื่อบ้านแม่ลายและบ้านธารทองเข้าร่วม ชุดข้อมูลของ พพ. ระบุแม่กำปองไว้สามโรง ขนาด 20, 20 และ 40 กิโลวัตต์

สิ่งที่ทำให้แม่กำปองเป็นต้นแบบไม่ใช่เทคโนโลยี แต่คือการบริหาร หมู่บ้านตั้ง สหกรณ์ไฟฟ้าพลังน้ำบ้านแม่กำปอง เก็บค่าไฟตามมิเตอร์ แล้วเอารายได้กลับไปลงทุนในการดูแลป่าต้นน้ำ ทำแนวกันไฟ ปลูกป่า และตั้งกองทุนเงินกู้หมู่บ้าน เพราะทุกคนรู้ว่าถ้าป่าหาย น้ำหาย ไฟก็ดับ ปัจจุบันรายได้หมู่บ้านมาจากเมี่ยง 50% ท่องเที่ยวเชิงนิเวศและโฮมสเตย์ 30% และกาแฟ 20%

บ้านคีรีวง นครศรีธรรมราช กังหันจิ๋วในสวนผลไม้

โครงการวิจัยของมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี นำโดย ศ.ดร.อุษา บุญบำรุง เริ่มในปี 2548 และนำกังหันขนาด 1 กิโลวัตต์ตัวแรกลงชุมชนในปี 2552 พัฒนาออกมาสามขนาดคือ 300 วัตต์ 1 กิโลวัตต์ และ 3 กิโลวัตต์ ปัจจุบันติดตั้งไปแล้วมากกว่า 160 ตัว รวมกำลังกว่า 110 กิโลวัตต์

ตัวเลขที่น่าสนใจที่สุดของโครงการนี้คือ กังหันน้ำคีรีวงขนาด 1 กิโลวัตต์มีต้นทุนการติดตั้งและบำรุงรักษาตลอด 20 ปีไม่เกิน 40,000 บาท และคืนทุนในเวลาไม่ถึง 2 ปี ซึ่งเป็นตัวเลขที่โครงการพลังงานหมุนเวียนอื่นแข่งด้วยยากมาก เงื่อนไขคือต้องมีน้ำไหลตลอดปีจริง

22. ถ้าคุณมีน้ำไหลผ่านที่ดิน ประเมินเองได้ใน 30 นาที

ก่อนจะโทรหาใคร คุณตอบสองคำถามนี้เองได้ และมันจะบอกได้เลยว่าโครงการมีน้ำหนักพอจะคุยต่อไหม

ขั้นที่ 1 วัดหัวน้ำ

หัวน้ำคือความต่างระดับแนวดิ่งระหว่างจุดรับน้ำกับจุดที่จะวางกังหัน วิธีวัดที่แม่นพอสำหรับการประเมินเบื้องต้นมีสามแบบ ใช้กล้องระดับหรือกล้อง total station ถ้ามี ใช้แอปวัดความสูงจาก GPS ซึ่งคลาดเคลื่อนหลายเมตรและใช้ได้เฉพาะโครงการหัวน้ำสูง หรือใช้วิธีสายยางน้ำกับไม้บรรทัด ไล่วัดทีละช่วง ซึ่งช้าแต่แม่นที่สุดสำหรับหัวน้ำต่ำ

ตัวเลขที่ได้คือหัวน้ำรวม (gross head) ต้องหักการสูญเสียในท่อออกเพื่อให้ได้หัวน้ำสุทธิ (net head) ซึ่งกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ แนะนำให้ประมาณไว้ที่ 5 ถึง 10% สำหรับระบบไมโครไฮโดร ถ้าท่อยาวมากหรือเล็กเกินไป การสูญเสียจะสูงกว่านั้นมาก

ขั้นที่ 2 วัดอัตราการไหล และต้องวัดหน้าแล้ง

วิธีถังตักเหมาะกับลำธารเล็ก ต่อรางให้น้ำทั้งหมดตกลงถังที่รู้ปริมาตร จับเวลาให้เต็ม แล้วหารกัน ถ้าถัง 20 ลิตรเต็มใน 4 วินาที เท่ากับ 5 ลิตรต่อวินาที หรือ 0.005 ลูกบาศก์เมตรต่อวินาที

วิธีลูกลอยเหมาะกับลำน้ำใหญ่ วัดพื้นที่หน้าตัดลำน้ำ คูณกับความเร็วผิวน้ำที่วัดจากเวลาที่วัตถุลอยผ่านระยะที่รู้ แล้วคูณตัวประกอบราว 0.6 ถึง 0.85 เพื่อชดเชยว่าน้ำที่ก้นและริมตลิ่งไหลช้ากว่าผิว

ขั้นที่ 3 คำนวณ แล้วเทียบกับตารางเลือกกังหัน

ใช้สูตรลัด P (กิโลวัตต์) = 7 × Q × H หรือถ้าอยากละเอียดขึ้นใช้ 9.81 × Q × H × η ตัวอย่าง

สถานการณ์จริง	Q	H สุทธิ	กำลังที่ได้ (η = 0.6)	กังหันที่เหมาะ
ลำธารบนดอย ท่อลงเขา	20 ลิตร/วินาที	60 ม.	7.1 kW	เพลตัน หรือ เทอร์โก
ฝายเก่าในสวน	150 ลิตร/วินาที	4 ม.	3.5 kW	ครอสโฟลว์ หรือ เกลียวอาร์คิมิดีส
คลองส่งน้ำมีขั้นตก	800 ลิตร/วินาที	3 ม.	14.1 kW	คาปลาน บัลบ์ หรือ เกลียวอาร์คิมิดีส
ท้ายฝายน้ำล้นขนาดกลาง	1.5 ลบ.ม./วินาที	8 ม.	70.6 kW	ครอสโฟลว์ หรือ คาปลาน
ท้ายเขื่อนชลประทานเล็ก	4 ลบ.ม./วินาที	12 ม.	282 kW	คาปลาน บัลบ์ หรือ ครอสโฟลว์

เครื่องที่ซื้อได้จริง

ในระดับ 5 ถึง 200 กิโลวัตต์ ตลาดมีชุดสำเร็จรูปที่รวมกังหันกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไว้ในกล่องเดียว ตัวอย่างที่มีเอกสารเทคนิคเปิดเผยชัดเจนคือชุด Hydro-eKIDS ของ Toshiba ซึ่งระบุสเปกไว้ดังนี้

รุ่น	อัตราการไหล	กำลัง	ขนาดตัวเครื่อง (มม.)
Type S	0.1 ถึง 0.3 ลบ.ม./วินาที	5 ถึง 25 kW	1,260 × 600 × 1,000
Type M	0.1 ถึง 1.4 ลบ.ม./วินาที	5 ถึง 100 kW	2,050 × 1,110 × 1,700
Type L	1.0 ถึง 3.5 ลบ.ม./วินาที	10 ถึง 200 kW	4,600 × 1,600 × 2,500

ทุกรุ่นใช้ได้ที่หัวน้ำใช้งาน 2 ถึง 15 เมตร เป็นกังหันแบบใบพัดที่ปรับมุมใบได้ Toshiba ระบุว่าหัวน้ำเพียงสองเมตรก็เพียงพอที่จะผลิตไฟฟ้าได้ เครื่องชุดแรกส่งมอบในปี 2001 ให้พื้นที่ที่ยังไม่มีไฟฟ้าบนเกาะลอมบอก ประเทศอินโดนีเซีย และมีการใช้งานที่แปลกแต่จริงคือโรงเรียนแห่งหนึ่งในโตเกียวที่ผลิตไฟจากท่อน้ำหมุนเวียนของระบบปรับอากาศที่มีอยู่แล้ว เพื่อจ่ายไฟให้โถงทางเข้าโรงเรียน Toshiba ยังระบุว่าใช้ได้กับพื้นที่ที่มีน้ำเสียจากโรงงานหรือน้ำทิ้งจากอาคารไหลในปริมาณเพียงพอ

SEA Power Gent จำหน่ายและให้คำปรึกษาทั้งเครื่องปั่นไฟพลังน้ำ Toshiba Micro Hydro ขนาด 5-200 kW สำหรับงานชุมชน รีสอร์ท ฝายและคลองส่งน้ำ และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำ Toshiba ระดับ 8 ถึง 330 เมกะวัตต์ สำหรับโครงการโรงไฟฟ้า รวมถึงกังหันผลิตไฟฟ้าประเภทอื่นทั้งไอน้ำ ก๊าซ และลม โทรสอบถามได้ที่ 097-146-3594 หรือ 080-056-0777

ตัวอย่างต่างประเทศของการผลิตไฟจากท่อประปา

เมืองพอร์ตแลนด์ รัฐออริกอน สหรัฐฯ ติดตั้งกังหันในท่อประปาหลักขนาด 42 นิ้ว 4 ชุด ชุดละ 20 ถึง 100 กิโลวัตต์ เดินเครื่องตั้งแต่เดือนมกราคม 2015 ภายใต้สัญญาซื้อขายไฟ 20 ปีกับการไฟฟ้าท้องถิ่น หลักการคือแทนที่จะทิ้งแรงดันส่วนเกินไปกับวาล์วลดแรงดัน ก็เอาแรงดันนั้นไปหมุนกังหันแทน ซึ่งในทางวิศวกรรมเรียกว่าการใช้ปั๊มเป็นกังหัน หรือ pump as turbine

23. กฎหมายและใบอนุญาตในไทย เส้นแบ่งที่ต้องรู้

เรื่องนี้คนสับสนมากที่สุด เพราะมีเส้นแบ่งสองเส้น จากกฎหมายคนละฉบับ คนละหน่วยงาน และห้ามเอามาปนกัน

เส้นแบ่ง	กฎหมาย	ผลที่ตามมา
ตั้งแต่ 200 kVA ขึ้นไป	พระราชกฤษฎีกากำหนดพลังงานควบคุม พ.ศ. 2536 ภายใต้ พ.ร.บ.การพัฒนาและส่งเสริมพลังงาน พ.ศ. 2535	เข้าข่ายพลังงานควบคุม ต้องขอใบอนุญาตผลิตพลังงานควบคุม (พค.2) โดยยื่นแบบ พค.1 ขนาด 200 ถึง 999 kVA ยื่นที่ พพ. ขนาดตั้งแต่ 1,000 kVA ขึ้นไปยื่นที่ สำนักงาน กกพ.
ต่ำกว่า 1,000 kVA	พระราชกฤษฎีกากำหนดประเภท ขนาด และลักษณะของกิจการพลังงานที่ได้รับการยกเว้นฯ พ.ศ. 2552 ภายใต้ พ.ร.บ.การประกอบกิจการพลังงาน พ.ศ. 2550	ได้รับยกเว้นไม่ต้องขอใบอนุญาตประกอบกิจการพลังงานจาก กกพ. รวมถึงกรณีผลิตสำรองฉุกเฉินและกรณีใช้เองที่ไม่เชื่อมระบบ

ถ้อยคำในเอกสาร กกพ. ระบุว่ากิจการผลิตไฟฟ้าที่มีกำลังการผลิตรวมของแต่ละแหล่งผลิตต่ำกว่า 1,000 กิโลโวลต์แอมแปร์ จะได้รับการยกเว้นไม่ต้องขอรับใบอนุญาตการประกอบกิจการพลังงานจาก กกพ. ส่วนการพิจารณา พค.2 ใช้เวลาภายใน 45 วันเมื่อเอกสารครบและงานก่อสร้างติดตั้งเสร็จไม่น้อยกว่า 90%

ในปี 2568 กกพ. ประกาศปรับปรุงกระบวนการจดแจ้งยกเว้นการขอรับใบอนุญาต สำหรับกิจการผลิตไฟฟ้าที่มีขนาดกำลังผลิตติดตั้งรวมของแต่ละแหล่งผลิตต่ำกว่า 1,000 กิโลโวลต์แอมแปร์ ให้ดำเนินการได้ง่ายขึ้น เร็วขึ้น และชัดเจนขึ้น ครอบคลุมทั้งการผลิตเพื่อใช้เองและผลิตเพื่อขาย

การขายไฟเข้าระบบ

ถ้าตั้งใจขายไฟ มีสองโครงการหลัก SPP ขายให้ กฟผ. โดย สนพ. ระบุว่าจำหน่ายไฟฟ้าให้ กฟผ. ไม่เกิน 90 เมกะวัตต์ และ VSPP ขายให้การไฟฟ้าฝ่ายจำหน่ายคือ กฟภ. หรือ กฟน.

ภาพรวมความยากที่ พพ. บันทึกไว้เอง

คู่มือการพัฒนาและการลงทุนผลิตพลังงานทดแทน ชุดไฟฟ้าพลังน้ำ ของ พพ. ระบุไว้ตรง ๆ ว่าการติดต่อประสานงานหน่วยงานราชการมี 7 หน่วยงาน ต้องได้รับใบอนุญาต 10 ใบ และระยะเวลารวมการยื่นขออนุมัติสูงสุดไม่เกิน 435 วัน และต่ำสุด 255 วัน

ขั้นตอนครอบคลุมตั้งแต่จดทะเบียนบริษัท ใบอนุญาตประกอบกิจการโรงงาน รง.4 ใบอนุญาตก่อสร้าง ข.1 จากท้องถิ่น การขอเชื่อมโยงระบบและทำสัญญาซื้อขายไฟกับการไฟฟ้า ใบอนุญาต พค.2 ใบอนุญาตประกอบกิจการพลังงานจาก กกพ. ไปจนถึงการตรวจสอบและรับรองคุณภาพไฟฟ้า และถ้าโครงการอยู่ในพื้นที่ป่า ต้องขออนุญาตจากกรมป่าไม้เพิ่ม คู่มือฉบับนี้เขียนไว้ตรง ๆ ด้วยว่ากฎระเบียบทางราชการยังไม่เอื้ออำนวยให้เอกชนพัฒนา

24. ต้นทุนและความคุ้มค่า ตัวเลขล่าสุดกับตัวเลขไทย

พลังน้ำมีลักษณะทางการเงินที่ตรงข้ามกับเครื่องปั่นไฟดีเซลโดยสิ้นเชิง คือลงทุนแรกสูงมาก แต่ค่าเชื้อเพลิงเป็นศูนย์และอายุใช้งานยาวหลายสิบปี

ตัวเลขระดับโลกล่าสุด

รายงาน Renewable Power Generation Costs in 2024 ของ IRENA เผยแพร่เดือนกรกฎาคม 2025 ให้ค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักของโลกในปี 2024 ดังนี้

เทคโนโลยี	เงินลงทุนรวม (USD/kW)	ค่าไฟ LCOE (USD/kWh)	ตัวประกอบกำลังผลิต
พลังน้ำ	2,267	0.057	48%
ลมบนบก	1,041	0.034	34%
โซลาร์ PV	691	0.043	17%

อ่านตารางนี้ให้ครบต้องอ่านสามคอลัมน์พร้อมกัน พลังน้ำลงทุนต่อกิโลวัตต์แพงกว่าโซลาร์กว่าสามเท่า แต่ตัวประกอบกำลังผลิตสูงกว่าเกือบสามเท่า จึงได้ค่าไฟที่ใกล้เคียงกัน ความต่างจริงอยู่ที่พลังน้ำจ่ายไฟได้กลางคืนและสั่งเปิดปิดได้ ซึ่งโซลาร์ทำไม่ได้

โครงการเล็กแพงกว่าต่อกิโลวัตต์เสมอ

รายงาน Renewable Energy Cost Analysis: Hydropower ของ IRENA ปี 2012 ซึ่งยังเป็นเอกสารที่แจกแจงพลังน้ำขนาดเล็กละเอียดที่สุดของ IRENA ให้ตัวเลข

• พลังน้ำขนาดเล็ก 1 ถึง 20 เมกะวัตต์ ลงทุน 1,300 ถึง 8,000 ดอลลาร์ต่อกิโลวัตต์ (ฐานราคาปี 2010)
• โครงการต่ำกว่า 1 เมกะวัตต์ ลงทุน 3,400 ถึง 10,000 ดอลลาร์ต่อกิโลวัตต์ หรือมากกว่านั้นสำหรับพิโคไฮโดร
• สัดส่วนค่าเครื่องกลไฟฟ้าในโครงการเล็กสูงถึง 18 ถึง 50% ของต้นทุนรวม ซึ่งสูงกว่าโครงการใหญ่มาก
• ค่าไฟของพลังน้ำเล็ก 0.023 ถึง 0.11 ดอลลาร์ต่อหน่วยในประเทศกำลังพัฒนา และ 0.03 ถึง 0.16 ดอลลาร์ต่อหน่วยในยุโรป

ตัวเลขฝั่งไทย

คู่มือของ พพ. ระบุว่าการลงทุนขั้นแรกและต้นทุนผลิตไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าพลังน้ำใหม่จะมีค่าลงทุนขั้นแรกประมาณ 20,000 ถึง 57,000 บาทต่อกิโลวัตต์ คิดเป็นต้นทุนการผลิตไฟฟ้าประมาณ 1.20 ถึง 2.20 บาทต่อหน่วย

และมีตัวอย่างศึกษาความเป็นไปได้จริงในเอกสารเดียวกัน โครงการ 35 กิโลวัตต์ ใช้กังหันครอสโฟลว์ หัวน้ำออกแบบ 11.38 เมตร อัตราการไหลออกแบบ 0.45 ลูกบาศก์เมตรต่อวินาที ประสิทธิภาพกังหัน 75% เครื่องกำเนิดไฟฟ้า 43.75 kVA ประสิทธิภาพ 94% พร้อมสายส่ง 3.5 กิโลโวลต์ ยาว 0.895 กิโลเมตร

รายการ	ราคา (บาท)
งานโยธา	780,000
งานเครื่องกลและไฟฟ้า	1,120,000
ระบบสายส่ง	220,000
งานเตรียมการ ควบคุมงาน และเผื่อเหลือเผื่อขาด	620,000
รวม	2,740,000 หรือ 78,286 บาทต่อกิโลวัตต์

ผลตอบแทนทางเศรษฐศาสตร์ที่คำนวณไว้คือ EIRR 13.60% และอัตราส่วนผลประโยชน์ต่อต้นทุน 1.26 ที่อัตราคิดลด 10%

25. พลังน้ำ กับ เครื่องปั่นไฟดีเซล เลือกอย่างไร

คำถามนี้ตอบได้ตรงไปตรงมา เพราะทั้งสองอย่างไม่ได้แข่งกันจริง แต่ทำหน้าที่คนละอย่าง

ประเด็น	ไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็ก	เครื่องปั่นไฟดีเซล
เงินลงทุนแรก	สูงมาก 3,400 ถึง 10,000 USD/kW สำหรับโครงการต่ำกว่า 1 MW	ต่ำกว่ามาก
ค่าเชื้อเพลิง	ศูนย์	สูงและผันผวนตามราคาน้ำมัน
กำลังที่ได้	ถูกจำกัดโดยน้ำที่มีจริง เพิ่มไม่ได้	เลือกขนาดได้ตามโหลด ตั้งแต่ไม่กี่ kVA ถึงหลักพัน kVA
ความพร้อมจ่าย	ขึ้นกับฤดูกาล เขื่อนไทยเดินที่ราว 16 ถึง 30% ของพิกัด	เดินได้ทุกเมื่อที่มีน้ำมัน ตามพิกัด Standby Prime Continuous
เวลาสตาร์ท	เร็ว ระดับวินาทีถึงนาที	10 ถึง 15 วินาทีสำหรับชุดสำรองมาตรฐาน
ทำเลที่ตั้ง	ต้องมีน้ำและหัวน้ำ ย้ายไม่ได้	ติดตั้งได้ทุกที่
ใบอนุญาต	ซับซ้อน พพ. ระบุ 7 หน่วยงาน 10 ใบ 255 ถึง 435 วัน	ง่ายกว่ามาก ต่ำกว่า 1,000 kVA ได้รับยกเว้นใบอนุญาตประกอบกิจการพลังงาน
อายุใช้งาน	งานโยธาหลายสิบปี เครื่องกลปรับปรุงเป็นรอบ	ขึ้นกับชั่วโมงเดินและการบำรุงรักษา

สรุปการเลือกแบบใช้ได้จริง

• มีน้ำไหลตลอดปี และต้องการลดค่าไฟฐาน พลังน้ำคุ้มที่สุด เพราะเดินได้ 24 ชั่วโมงโดยไม่มีค่าเชื้อเพลิง
• ต้องการไฟสำรองเมื่อไฟดับ พลังน้ำตอบโจทย์ไม่ได้ เพราะกำลังถูกจำกัดโดยน้ำ ไม่ใช่โดยความต้องการ ต้องใช้เครื่องปั่นไฟสำรองที่มีพิกัดครอบคลุมโหลดจำเป็น
• อยู่นอกเขตสายส่ง ระบบผสมมักดีที่สุด ให้พลังน้ำจ่ายโหลดฐานตลอดวัน และมีเครื่องปั่นไฟดีเซลรับพีคและช่วงน้ำแล้ง ซึ่งเป็นรูปแบบที่หมู่บ้านพลังน้ำหลายแห่งใช้จริง
• มีน้ำเป็นฤดูกาลชัดเจน ให้คำนวณขนาดจากน้ำหน้าแล้ง แล้วยอมรับว่าหน้าฝนจะมีน้ำเหลือทิ้ง การออกแบบให้รับน้ำหน้าฝนเต็มที่จะได้เครื่องใหญ่เกินจำเป็นและคืนทุนช้ากว่า

ถ้าต้องการเปรียบเทียบกับทางเลือกอื่น อ่านเพิ่มได้ที่บทความเรื่องเครื่องปั่นไฟไบโอแก๊ส เครื่องยนต์ไฮโดรเจน และกังหันลมผลิตไฟฟ้า ส่วนคนที่อยากเข้าใจภาพรวมว่าโรงไฟฟ้าไทยใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบไหนบ้าง อ่านได้ที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าในโรงไฟฟ้าของไทย

26. คำถามที่พบบ่อยเรื่องเครื่องปั่นไฟพลังงานน้ำ

เครื่องปั่นไฟพลังงานน้ำขนาดเล็กที่สุดที่ซื้อได้จริงมีขนาดเท่าไร

ชุดสำเร็จรูปเชิงพาณิชย์เริ่มที่ราว 5 กิโลวัตต์ เช่นชุด Hydro-eKIDS ของ Toshiba รุ่น Type S ที่ทำงานได้ที่อัตราการไหล 0.1 ถึง 0.3 ลูกบาศก์เมตรต่อวินาที และหัวน้ำใช้งาน 2 ถึง 15 เมตร ส่วนระดับต่ำกว่านั้นในไทยมีกังหันที่พัฒนาโดยงานวิจัยในประเทศ เช่นกังหันคีรีวงของมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี ที่มีสามขนาดคือ 300 วัตต์ 1 กิโลวัตต์ และ 3 กิโลวัตต์ ติดตั้งไปแล้วมากกว่า 160 ตัว รวมกว่า 110 กิโลวัตต์

ต้องมีน้ำตกสูงแค่ไหนถึงจะผลิตไฟฟ้าได้

ต่ำกว่าที่คนส่วนใหญ่คิดมาก เอกสารของ Toshiba ระบุว่าหัวน้ำเพียง 2 เมตรก็เพียงพอที่จะผลิตไฟฟ้าได้ กังหันเกลียวอาร์คิมิดีสของ Spaans Babcock ใช้ได้ตั้งแต่หัวน้ำ 1 เมตร และเขื่อนปากมูลของ กฟผ. ซึ่งใช้กังหันแบบบัลบ์ ผลิตไฟฟ้าได้ด้วยความสูงของน้ำเพียง 3 เมตรขึ้นไป สิ่งที่สำคัญไม่แพ้หัวน้ำคืออัตราการไหล เพราะกำลังเป็นสัดส่วนตรงกับทั้งสองตัว หัวน้ำต่ำชดเชยได้ด้วยน้ำมาก

กังหันน้ำแบบไหนเหมาะกับที่ของผม

ตัดสินจากหัวน้ำเป็นหลัก ตามตาราง ESHA คาปลานและใบพัดใช้ที่หัวน้ำ 2 ถึง 40 เมตร ครอสโฟลว์ 5 ถึง 200 เมตร ฟรานซิส 25 ถึง 350 เมตร เทอร์โก 50 ถึง 250 เมตร และเพลตัน 50 ถึง 1,300 เมตร ถ้าลำน้ำมีน้ำผันผวนตามฤดูกาลมาก ให้พิจารณาครอสโฟลว์เป็นพิเศษ เพราะผู้ผลิต OSSBERGER ระบุว่าเดินอยู่ในช่วงประสิทธิภาพที่รับประกันได้ตั้งแต่ราว 17% ของอัตราการไหลออกแบบขึ้นไป ขณะที่กังหันชนิดอื่นประสิทธิภาพตกเร็วกว่าเมื่อน้ำน้อย

ผลิตไฟใช้เองในโรงงานต้องขออนุญาตหรือไม่

มีสองเส้นแบ่งที่ต้องแยกกัน เส้นแรก ตั้งแต่ 200 kVA ขึ้นไปเข้าข่ายพลังงานควบคุมตามพระราชกฤษฎีกากำหนดพลังงานควบคุม พ.ศ. 2536 ต้องขอใบอนุญาต พค.2 โดยขนาด 200 ถึง 999 kVA ยื่นที่ พพ. และตั้งแต่ 1,000 kVA ขึ้นไปยื่นที่สำนักงาน กกพ. เส้นที่สอง ต่ำกว่า 1,000 kVA ได้รับยกเว้นไม่ต้องขอใบอนุญาตประกอบกิจการพลังงานจาก กกพ. ตามพระราชกฤษฎีกาปี 2552 และในปี 2568 กกพ. ได้ปรับปรุงกระบวนการจดแจ้งยกเว้นให้ง่ายและเร็วขึ้น ทั้งนี้ควรตรวจสอบรายละเอียดล่าสุดกับหน่วยงานโดยตรงก่อนดำเนินโครงการ

ทำไมเขื่อนในไทยผลิตไฟได้น้อยกว่าที่คิด

เพราะภารกิจหลักไม่ใช่การผลิตไฟ กฟผ. ระบุถึงเขื่อนภูมิพลว่าต้องระบายน้ำและผลิตไฟฟ้าให้ตรงตามแผนที่กรมชลประทานกำหนด เมื่อคำนวณตัวประกอบกำลังผลิตจากข้อมูลกำลังและพลังงานต่อปีที่ กฟผ. เผยแพร่ ได้ค่าราว 16 ถึง 30% แล้วแต่เขื่อน เฉลี่ยรวมแปดเขื่อนหลักราว 21% เทียบกับค่าเฉลี่ยโลก 48% ตามข้อมูล IRENA ปี 2024 ผลรวมคือพลังน้ำในประเทศผลิตไฟได้ 6,421.04 กิกะวัตต์ชั่วโมงในปี 2566 คิดเป็น 2.92% ของไฟฟ้าที่ผลิตได้ทั้งประเทศ

โรงไฟฟ้าสูบกลับกับแบตเตอรี่ ต่างกันอย่างไร

ทั้งคู่เป็นระบบกักเก็บพลังงาน ไม่ใช่แหล่งพลังงาน โรงไฟฟ้าสูบกลับมีประสิทธิภาพไปกลับราว 79 ถึง 80% ตามข้อมูล EIA กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ และ NREL ซึ่งต่ำกว่าแบตเตอรี่ระดับสาธารณูปโภคที่ EIA วัดได้ 82% ในข้อมูลปี 2019 แต่จุดแข็งของสูบกลับคือเก็บพลังงานได้ปริมาณมหาศาลและยาวนานกว่า และมีอายุใช้งานยาวกว่ามาก ไทยมีโรงไฟฟ้าสูบกลับรวม 1,531 เมกะวัตต์ ที่ลำตะคองชลภาวัฒนา 1,000 เมกะวัตต์ ศรีนครินทร์เครื่องที่ 4 และ 5 รวม 360 เมกะวัตต์ และภูมิพลเครื่องที่ 8 อีก 171 เมกะวัตต์

แหล่งอ้างอิงหลัก

• Vitruvius, De architectura เล่ม 10 ฉบับแปลภาษาอังกฤษเต็ม โดย University of Chicago — penelope.uchicago.edu
• Sürmelihindi et al. โรงสีน้ำโรมันบาร์เบกัล ใน Science Advances — PMC6124920
• การสร้างแบบจำลองไฮดรอลิกของบาร์เบกัล ใน Nature Scientific Reports 2020 — nature.com
• ล้อระบายน้ำเหมืองโรมันจากริโอทินโต พิพิธภัณฑ์บริติช วัตถุหมายเลข 1889,0622.1 — britishmuseum.org
• Smeaton 1759 Philosophical Transactions เล่ม 51 ฉบับสแกนเต็ม — archive.org
• Britannica ประวัติเทคโนโลยีการแปลงพลังงาน แหล่งของตัวเลข 22% 63% และ 65% — britannica.com
• US DOE ประเภทของกังหันน้ำ — energy.gov
• US Bureau of Reclamation เอกสาร Hydroelectric Power — usbr.gov
• ESHA คู่มือการพัฒนาโรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็ก ส่วนที่ 2 ตารางหัวน้ำ ประสิทธิภาพ ความเร็วจำเพาะ และคาวิเทชัน — ESHA Guide Part 2
• IIT Roorkee การจำแนกและการเลือกกังหันไฮดรอลิก — iitr.ac.in
• IEEE Milestone โรงไฟฟ้าวัลแคนสตรีท 1882 — ethw.org
• IEEE Milestone โรงไฟฟ้าอดัมส์ ไนแอการา 1895 — ethw.org
• Smithsonian เครื่องกำเนิดไฟฟ้าไนแอการาตัวจริง 5,000 hp 25 Hz 2,200 V — americanhistory.si.edu
• IHA World Hydropower Outlook 2026 ตัวเลขโลก 1,469 GW และสูบกลับ 201 GW — hydropower.org
• IHA กรณีศึกษากังหันที่ใหญ่ที่สุดในโลก ไป๋เฮ่อทาน 1,000 MW — hydropower.org
• ผู้ดำเนินการโรงไฟฟ้าบีเยอดรง สถิติโลกสามข้อ หัวน้ำ 1,883 เมตร — grande-dixence.ch
• United Nations University การตกตะกอนในอ่างเก็บน้ำทั่วโลก — unu.edu
• กฟผ. กำลังผลิตตามสัญญาแยกรายเขื่อน — egat.co.th
• กฟผ. ลักษณะเขื่อนภูมิพลและโรงไฟฟ้า — egat.co.th
• กฟผ. โครงการโรงไฟฟ้าพลังน้ำท้ายเขื่อนชลประทาน ทั้งสี่ระยะ — egat.co.th
• กฟผ. โรงไฟฟ้าลำตะคองชลภาวัฒนา — egat.co.th
• สนพ. แผนพัฒนากำลังผลิตไฟฟ้าของประเทศ ฉบับที่ใช้อยู่ปัจจุบัน — eppo.go.th
• พพ. ชุดข้อมูลเปิด รายชื่อและที่ตั้งโครงการพลังน้ำทั้ง 119 แห่ง — pei.dede.go.th
• กกพ. คำแนะนำการยื่นขอใบอนุญาตผลิตพลังงานควบคุม พค.2 และเส้นแบ่ง 200 kVA กับ 1,000 kVA — erc.or.th
• IRENA ต้นทุนการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียนปี 2024 — irena.org
• Toshiba Energy Systems ธุรกิจพลังน้ำ — global.toshiba

ข้อมูลในบทความนี้รวบรวมและตรวจสอบ ณ วันที่ 12 สิงหาคม 2569 รายการที่ระบุว่ายืนยันไม่ได้ คือรายการที่ไม่พบแหล่งอ้างอิงที่เชื่อถือได้ จึงไม่ได้ประมาณค่าขึ้นมาเอง ตัวเลขที่ระบุว่าคำนวณเอง คือตัวเลขที่ได้จากการคำนวณจากข้อมูลที่หน่วยงานเผยแพร่ ไม่ใช่ตัวเลขที่หน่วยงานเผยแพร่โดยตรง