พลังงานจากการหมุนของกังหันน้ำเป็นส่วนหนึ่งของพลังงานน้ำ ซึ่งเป็นพลังงานหมุนเวียนสะอาดชนิดหนึ่ง พลังงานนี้เกิดจากการเปลี่ยนรูปพลังงานตามหลักการทางฟิสิกส์ โดยมีขั้นตอนดังนี้:
1. พลังงานศักย์โน้มถ่วง
พลังงานเริ่มต้นที่ทำให้เกิดการหมุนของกังหันน้ำคือ พลังงานศักย์โน้มถ่วง
- แหล่งที่มา: โดยทั่วไปมาจากน้ำที่กักเก็บไว้ในอ่างเก็บน้ำที่อยู่สูงกว่าตัวกังหันน้ำ
- หลักการ: ยิ่งความสูง (head) ของน้ำและปริมาณน้ำมากเท่าใด พลังงานศักย์ที่สะสมอยู่ก็จะยิ่งสูงขึ้น
2. พลังงานจลน์
เมื่อน้ำไหลจากที่สูงลงสู่ที่ต่ำผ่านท่อส่งน้ำ พลังงานศักย์โน้มถ่วงจะถูกเปลี่ยนเป็น พลังงานจลน์ หรือพลังงานจากการเคลื่อนที่ของน้ำ
- ความสัมพันธ์: ความเร็วของน้ำที่ไหลจะเพิ่มขึ้นตามความสูงที่ลดลง ทำให้เกิดแรงดันและแรงกระแทกกับใบพัดของกังหัน
3. พลังงานกล
พลังงานจลน์ของน้ำจะถ่ายโอนไปยังใบพัดของกังหันน้ำ ทำให้กังหันเกิดการหมุน
- การถ่ายโอนพลังงาน: การหมุนนี้เรียกว่า พลังงานกล ซึ่งเกิดขึ้นจากการที่ใบพัดถูกแรงดันและแรงกระแทกจากน้ำ
- การส่งต่อ: พลังงานกลจากการหมุนจะถูกส่งต่อไปยังเพลาของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
4. พลังงานไฟฟ้า
สุดท้าย พลังงานกลที่ส่งจากเพลาจะไปหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (generator)
- หลักการ: เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะเปลี่ยนพลังงานกลจากการหมุนเป็น พลังงานไฟฟ้า ตามหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า
ปัจจัยที่ส่งผลต่อพลังงาน
ประสิทธิภาพและกำลังการผลิตไฟฟ้าของกังหันน้ำขึ้นอยู่กับปัจจัยหลักสองประการคือ:
- ความสูงของน้ำ (Head): ความสูงของระดับน้ำที่แตกต่างกันระหว่างแหล่งเก็บน้ำกับตัวกังหัน
- อัตราการไหลของน้ำ (Flow rate): ปริมาณน้ำที่ไหลผ่านกังหันต่อหน่วยเวลา
ประเภทของกังหันน้ำ
- กังหันแรงกระตุ้น (Impulse Turbines): ใช้แรงจากความเร็วของน้ำที่พุ่งเข้ากระทบใบพัดโดยตรง เหมาะสำหรับพื้นที่ที่มีความสูงของน้ำมากและอัตราการไหลน้อย ตัวอย่างเช่น กังหันเพลตัน (Pelton)
- กังหันปฏิกิริยา (Reaction Turbines): ใช้แรงดันของน้ำและแรงปฏิกิริยาของน้ำที่ไหลผ่านใบพัด ทำให้เกิดการหมุน เหมาะสำหรับพื้นที่ที่มีความสูงของน้ำน้อยและอัตราการไหลมาก ตัวอย่างเช่น กังหันฟรานซิส (Francis) และกังหันคาปลัน (Kaplan)
