พลังงานน้ำขึ้นน้ำลง (Tidal Energy) เป็นพลังงานหมุนเวียนประเภทหนึ่งที่ได้มาจากการขึ้นและลงของน้ำทะเลตามธรรมชาติ เป็นหนึ่งในแหล่งพลังงานที่เก่าแก่ที่สุดที่มนุษย์รู้จัก ใช้ประโยชน์จากแรงดึงดูดที่เกิดจากการโคจรของโลก ดวงจันทร์ และดวงอาทิตย์ เพื่อผลิตพลังงานที่สะอาด ทำนายได้ และยั่งยืน การเคลื่อนตัวของน้ำที่เป็นวัฏจักรตามธรรมชาตินี้สามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อโลกมุ่งหน้าไปสู่การใช้พลังงานสะอาดมากขึ้น พลังงานน้ำขึ้นน้ำลงจึงกลายเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจในการเสริมพลังงานจากแสงอาทิตย์และลม เนื่องจากความเสถียรและความน่าเชื่อถือที่เหนือกว่าแหล่งพลังงานอื่น ๆ

เพิ่มเติม : น้ำหนุน กรุงเทพ ฯ เกิดยังไง ?

แนวคิด การผลิตพลังงาน

พลังงานน้ำขึ้นน้ำลง (Tidal Energy) เป็นส่วนหนึ่งของพลังงานน้ำที่ใช้การเคลื่อนไหวตามวัฏจักรของน้ำทะเล ซึ่งต่างจาก พลังงานแสงอาทิตย์ (Solar Energy) หรือ พลังงานลม (Wind Energy) ที่ขึ้นอยู่กับสภาพอากาศ พลังงานน้ำขึ้นน้ำลงสามารถคาดการณ์ล่วงหน้าได้ในระดับปีหรือแม้กระทั่งศตวรรษ การเคลื่อนไหวของน้ำทะเลนี้เกิดจากแรงดึงดูดของดวงจันทร์และดวงอาทิตย์ที่กระทำต่อมหาสมุทรของโลก ประกอบกับการหมุนรอบตัวเองของโลก น้ำขึ้นน้ำลงแบ่งออกเป็น 2 ประเภทหลัก ได้แก่ 1) น้ำขึ้น (High Tide) ระดับน้ำเพิ่มขึ้นจนถึงจุดสูงสุดในรอบวัฏจักร และ 2) น้ำลง (Low Tide) ระดับน้ำลดลงจนถึงจุดต่ำสุดในรอบวัฏจักร

พลังงานที่ใช้ประโยชน์ได้มาจากความแตกต่างของระดับน้ำระหว่างช่วงน้ำขึ้นและน้ำลง (ที่เรียกว่า “head”) ซึ่งสามารถใช้หมุนกังหันเพื่อผลิตพลังงานไฟฟ้า ระบบพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงออกแบบมาเพื่อดักจับและเปลี่ยนพลังงานดังกล่าวให้มีประสิทธิภาพ และถือเป็นส่วนสำคัญในพลังงานหมุนเวียนในปัจจุบัน

เพิ่มเติม : ในวันที่ปิโตรเลียมและถ่านหินเริ่มร่อยหรอ เรายังมีทางไหนให้เลือกบ้าง

เทคนิค การผลิตพลังงาน

การนำพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงมาใช้งานมีหลายวิธี โดยแต่ละวิธีมีข้อดี ข้อเสีย และความเหมาะสมที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับสภาพภูมิศาสตร์และไฮโดรไดนามิกของพื้นที่

1) เขื่อนน้ำขึ้นน้ำลง (Tidal Barrage) เขื่อนน้ำขึ้นน้ำลงเป็นโครงสร้างที่คล้ายเขื่อน สร้างข้ามปากแม่น้ำหรืออ่าวน้ำขึ้นน้ำลง โดยจะกักเก็บน้ำในช่วงน้ำขึ้นและปล่อยน้ำผ่านกังหันในช่วงน้ำลง เพื่อผลิตไฟฟ้า ข้อดี ผลิตพลังงานได้ปริมาณมากจากน้ำจำนวนมาก มีอายุการใช้งานยาวนาน ข้อเสีย ค่าใช้จ่ายในการก่อสร้างสูง ส่งผลกระทบต่อระบบนิเวศ เช่น รบกวนสัตว์น้ำและการสะสมตะกอน ตัวอย่าง โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงที่แม่น้ำแรนซ์ ประเทศฝรั่งเศส

ตัวเขื่อนจะอาศัยความต่างระดับของน้ำขึ้น-น้ำลง ที่เกิดขึ้นในแต่ละวันโดยในช่วงเวลาน้ำขึ้น น้ำจะไหลล้นเข้าสู่อ่างเก็บน้ำของเขื่อน และเมื่อน้ำลง ประตูเขื่อนจะเปิดและน้ำจะไหลออกจากอ่างเก็บน้ำเพื่อใช้ปั่นเครื่องปั่นกระแสไฟฟ้าแบบเดียวกับเขื่อนพลังน้ำ

โดยทั่วไปเขื่อนพลังน้ำขึ้น-น้ำลง นิยมทำกับพื้นที่ซึ่ง มีความต่างของน้ำขึ้น-น้ำลงไม่ต่ำกว่า 5 เมตร ปี พ.ศ. 2513 ประเทศฝรั่งเศสประสบความสำเร็จในการสร้างเครื่องผลิตกระแสไฟฟ้าจากเขื่อนแบบนี้ แต่ประเทศไทยมีความต่างเพียง 2.5 เมตร จึงไม่คุ้มค่ากับการลงทุน

2) กังหันน้ำขึ้นน้ำลง (Tidal Stream Generator) กังหันน้ำขึ้นน้ำลงทำงานคล้ายกังหันลมใต้น้ำ โดยติดตั้งในพื้นที่ที่มีกระแสน้ำแรง น้ำจะหมุนใบพัดของกังหันเพื่อผลิตพลังงาน ข้อดี มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยกว่าเขื่อนติดตั้งและบำรุงรักษาได้ง่าย ข้อเสีย ผลิตพลังงานได้น้อยกว่าเขื่อน อาจกระทบต่อการเดินเรือและสิ่งมีชีวิตใต้น้ำตัวอย่าง โครงการ MeyGen ที่สกอตแลนด์

3) พลังน้ำขึ้นน้ำลงแบบไดนามิก (Dynamic Tidal Power – DTP) เทคนิคนี้สร้างเขื่อนยาวทอดไปในทะเลตั้งฉากกับชายฝั่ง การเคลื่อนตัวของน้ำทะเลทำให้เกิดความต่างของแรงดันทั้งสองฝั่งของเขื่อน ซึ่งสามารถใช้หมุนกังหันได้ ข้อดี สามารถผลิตพลังงานในพื้นที่ที่ไม่มีความต่างระดับน้ำมาก ข้อเสีย ยังไม่ได้รับการทดสอบในขนาดใหญ่ ใช้เงินลงทุนสูง ตัวอย่าง โครงการที่เสนอในจีนและเกาหลีใต้

เพิ่มเติม : คลื่นกลางมหาสมุทร และกระแสน้ำริมฝั่ง

4) ทะเลสาบน้ำขึ้นน้ำลง (Tidal Lagoon) ทะเลสาบน้ำขึ้นน้ำลงเป็นพื้นที่ปิดล้อมน้ำทะเล ซึ่งสามารถควบคุมระดับน้ำเพื่อขับเคลื่อนกังหันได้ วิธีนี้เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่าการสร้างเขื่อน ข้อดี ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยกว่า มีความยืดหยุ่นในการเลือกสถานที่ ข้อเสีย ค่าใช้จ่ายในการก่อสร้างและบำรุงรักษาสูง ตัวอย่าง โครงการ Swansea Bay Tidal Lagoon เป็นโครงการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานน้ำขึ้น-น้ำลงในอ่าวสวอนซี ประเทศเวลส์ สหราชอาณาจักร ซึ่งออกแบบให้เป็นโครงการลากูนพลังน้ำเชิงพาณิชย์แห่งแรกของโลก ตัวโครงการใช้กำแพงความยาว 9.5 กิโลเมตร ล้อมพื้นที่ลากูนประมาณ 11.5 ตารางกิโลเมตร และติดตั้งกังหันน้ำ 2 ทิศทาง 16 ตัว มีกำลังผลิต 320 เมกะวัตต์ เพียงพอสำหรับจ่ายไฟให้บ้านเรือนกว่า 155,000 หลัง โดดเด่นด้วยการผลิตพลังงานได้วันละ 4 รอบ และมีความสามารถในการพยากรณ์ได้แม่นยำกว่าพลังงานลมหรือแสงอาทิตย์

ถึงแม้โครงการ Swansea Bay Tidal Lagoon จะได้รับการอนุมัติให้พัฒนาในปี ค.ศ. 2015 และการสนับสนุนจากรัฐบาลเวลส์ รัฐบาลสหราชอาณาจักรกลับปฏิเสธการสนับสนุนในปี ค.ศ. 2018 โดยอ้างว่าต้นทุนพลังงานต่อหน่วยสูงเกินไป เทียบกับทางเลือกอื่น ทำให้โครงการชะงักไปชั่วคราว อย่างไรก็ตาม ปี ค.ศ. 2024 แนวคิดถูกชุบชีวิตใหม่ผ่าน โครงการ “Blue Eden” ที่ผสานลากูนเข้ากับเทคโนโลยีโซลาร์เซลล์ลอยน้ำ แบตเตอรี่ ไฮโดรเจน และการพัฒนาเมืองอัจฉริยะริมอ่าว ซึ่งมีเป้าหมายเริ่มก่อสร้างภายใน 18 เดือน โครงการนี้มีศักยภาพสูงทั้งด้านพลังงานสะอาด การป้องกันชายฝั่ง และการส่งเสริมการท่องเที่ยว โดยคาดว่าจะดึงดูดนักท่องเที่ยวปีละแสนคน หากสำเร็จ จะเป็นต้นแบบระดับโลกของการใช้พลังงานน้ำขึ้น-น้ำลง เพื่อความมั่นคงด้านพลังงานและการพัฒนาอย่างยั่งยืนในศตวรรษที่ 21

5) ระบบคอลัมน์น้ำสั่น (Oscillating Water Column – OWC) ระบบนี้ใช้ห้องที่น้ำทะเลเข้าออกทำให้อากาศในห้องถูกอัดและปล่อยออก ซึ่งจะขับเคลื่อนกังหันเพื่อผลิตพลังงาน ข้อดี สามารถรวมเข้ากับโครงสร้างชายฝั่งได้ ข้อเสีย ผลิตพลังงานได้น้อย ตัวอย่าง โรงไฟฟ้าที่ Mutriku ประเทศสเปน

แหล่งผลิตที่สำคัญ

1) โรงไฟฟ้าแม่น้ำแรนซ์ ประเทศฝรั่งเศส โรงไฟฟ้าแห่งนี้เปิดดำเนินการตั้งแต่ปี 1966 และยังคงเป็นหนึ่งในโครงการพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงที่โดดเด่นที่สุด ผลิตไฟฟ้าได้ประมาณ 240 MW เพียงพอสำหรับบ้านกว่า 130,000 หลัง

2) โครงการ MeyGen สกอตแลนด์ โครงการนี้เป็นแหล่งพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงจากกังหันใต้น้ำที่ใหญ่ที่สุดในโลก โดยมีศักยภาพการผลิตถึง 400 MW

3) โรงไฟฟ้าทะเลสาบ Sihwa เกาหลีใต้ เป็นโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงที่ใหญ่ที่สุดในโลก ผลิตได้ถึง 254 MW โดยใช้เขื่อนกั้นน้ำทะเล

4) อ่าว Fundy แคนาดา อ่าวนี้มีระดับน้ำขึ้นน้ำลงสูงที่สุดในโลก และเป็นจุดที่มีการวิจัยพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงอย่างกว้างขวาง

พลังงานน้ำขึ้นน้ำลงถือเป็นหัวใจสำคัญของการปฏิวัติพลังงานหมุนเวียน ด้วยความสามารถในการทำนายได้ ความน่าเชื่อถือ และการปล่อยก๊าซคาร์บอนต่ำ พลังงานนี้สามารถเป็นส่วนสำคัญในแหล่งพลังงานของโลกในอนาคต อย่างไรก็ตาม การแก้ปัญหาด้านต้นทุนและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมยังคงเป็นความท้าทายที่สำคัญ หากสามารถพัฒนานวัตกรรมและส่งเสริมการลงทุน พลังงานน้ำขึ้นน้ำลงอาจเป็นพลังงานที่เปลี่ยนแปลงอนาคตของโลกได้อย่างแท้จริง

. . .
บทความล่าสุด : www.mitrearth.org
เยี่ยมชม facebook : มิตรเอิร์ธ – mitrearth