กังหันไฟฟ้าพลังน้ำ

ที่มาการต่อยอดโครงการ :

เมื่อวันที่ ๗ พฤศจิกายน ๒๕๓๘ พระบาทสมเด็จพระบรมชนกาธิเบศร มหาภูมิพลอดุลยเดชมหาราชได้พระราชทานพระราชดำริแก่ นายรุ่งเรือง จุลชาต อธิบดีกรมชลประทาน พลตำรวจเอก จำลอง เอี่ยมแจ้งพันธุ์ ผู้ช่วยอธิบดีกรมตำรวจ และนายจริย์ ตุลยานนท์ อดีตอธิบดีกรมชลประทานและกรรมการมูลนิธิชัยพัฒนา ให้หน่วยราชการที่เกี่ยวข้องร่วมกันเร่งศึกษาพิจารณาวางโครงการและดำเนินการปรับปรุงขุดลอก พร้อมก่อสร้างอาคารประกอบในคลองลัดโพธิ์ตามความเหมาะสม ซึ่งเมื่อได้ปรับปรุงแล้วเสร็จ สามารถลดระยะทางการไหลของน้ำในแม่น้ำเจ้าพระยาช่วงคุ้งน้ำที่ไหลผ่านพื้นที่ตำบลบางกระเจ้า อำเภอพระประแดง จากเดิมระยะทางประมาณ ๑๘ กิโลเมตร เหลือประมาณ ๖๐๐ เมตรเท่านั้น การระบายน้ำที่รวดเร็วนี้ ช่วยบรรเทาปัญหาน้ำท่วมกรุงเทพฯและปริมณฑล

กรมชลประทาน ดำเนินการปรับปรุงคลองลัดโพธิ์ (กว้าง ๘๐ เมตร ยาว ๖๖๕ เมตร) และติดตั้งบานระบายน้ำจำนวน ๔ บาน ทำให้มีอัตราระบายน้ำประมาณ ๕๐๐ ลูกบาศก์เมตร/วินาที สามารถลดระดับน้ำในแม่น้ำเจ้าพระยาประมาณ ๕-๑๓ เซนติเมตร

ในอดีต คลองลัดโพธิ์เป็นคลองลัดแนวเหนือ-ใต้ของคุ้งน้ำของแม่น้ำเจ้าพระยา บริเวณหมู่ที่ ๙ ตำบลทรงคนอง อำเภอพระประแดง จังหวัดสมุทรปราการ แต่มีสภาพตื้นเขิน หากปรับปรุงคลองลัดโพธิ์ จะช่วยให้แม่น้ำเจ้าพระยาไหลลัดลงทะเลได้สะดวกและรวดเร็วยิ่งขึ้น ซึ่งจะช่วยแก้ไขปัญหาน้ำท่วมกรุงเทพฯและปริมณฑล

เมื่อวันที่ ๑๗ พฤศจิกายน ๒๕๔๙ พระบาทสมเด็จพระบรมชนกาธิเบศร มหาภูมิพลอดุลยเดชมหาราชได้มีพระราชดำริเพิ่มเติมเกี่ยวกับพลังงานน้ำอันมหาศาลที่ระบายผ่านประตูระบายน้ำนี้ และความเป็นไปได้ในการนำไปใช้ประโยชน์ ต่อมา เมื่อวันที่ ๒๙ มีนาคม ๒๕๕๐ กรมชลประทานได้ทำบันทึกข้อตกลงความร่วมมือทางวิชาการกับคณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ในโครงการศึกษาวิเคราะห์ศักยภาพของคลองลัดโพธิ์อันเนื่องมาจากพระราชดำริ ด้านไฟฟ้าพลังน้ำ ร่วมศึกษาวิเคราะห์ศักยภาพของคลองลัดโพธิ์อันเนื่องมาจากพระราชดำริด้านไฟฟ้าพลังน้ำโดยโครงการนี้สืบเนื่องมาจากโครงการปรับปรุงคลองลัดโพธิ์อันเนื่องมาจากพระราชดำริเพื่อการแก้ไขปัญหานํ้าท่วมตลอดสองฝั่งแม่น้ำเจ้าพระยา

รศ.ดร.เจษฎา แก้วกัลยา ผู้อำนวยการโครงการคึกษาวิเคราะห์ศักยภาพของคลองลัดโพธิ์อันเนื่องมาจากพระราชดำริด้านไฟฟ้าพลังน้ำและการปรับปรุงคุณภาพน้ำกล่าวว่า “โครงการคลองลัดโพธิ์อันเนื่องมาจากพระราชดำริตั้งอยู่ที่ตำบลทรงคะนอง อำเภอพระประแดง จังหวัดสมุทรปราการ โดยมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์รับหน้าที่ในการศึกษาทบทวนองค์ความรู้เกี่ยวกับพลังน้ำ (Hydro Power) ที่จะนำมาประยุกต์ใช้กับคลองลัดโพธิ์และโครงการชลประทานทั่วประเทศในการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำด้วยความเร็วกระแสน้ำตามลักษณะทางกายภาพของโครงการ ฯ ศึกษาวิเคราะห์เพื่อกำหนดแนวทางการบริหารจัดการประตูคลองลัดโพธิ์ทั้งฤดูฝนและฤดูแล้งที่เหมาะสมรวมถึงการปรับปรุงคุณภาพน้ำในแม่น้ำเจ้าพระยาตอนล่างด้วย”

รศ.ชัยวัฒน์ ขยันการนาวี หัวหน้าโครงการ กล่าวว่า “ทีมนักวิจัยได้ออกแบบชุดกังหันพลังน้ำต้นแบบที่สอดคล้องกับการบริหารจัดการประตูคลองลัดโพธิ์ มีประสิทธิภาพสูง สะดวกต่อการปฏิบัติงานและซ่อมบำรุง มีราคาประหยัด ๒ แบบ คือ แบบหมุนตามแนวแกน (Axial Flow) และแบบหมุนขวางการไหล (Cross Flow) โดยใบพัดต้นแบบที่วิเคราะห์และผลิตขึ้นแบบหมุนตามแนวแกนมีเส้นผ่าศูนย์กลาง ๒.๐๐ เมตร และแบบหมุนขวางการไหลมีเส้นผ่าศูนย์กลาง ๑.๐๐ เมตร ยาว ๒.๕๐ เมตร ที่ความเร็วน้ำออกแบบ ๒.๐ เมตร/วินาที (Design Velocity) จะได้กำลังไฟฟ้าสูงสุด ๕ kW. ซึ่งชุดกังหันพลังนํ้าต้นแบบทั้ง ๒ จะประกอบและติดตั้งกับโครงเหล็กที่ปรับขึ้น ลงได้ที่ท้ายประตูคลองลัดโพธิ์ ใช้กังหันพลังนํ้า เป็นต้น กำลังที่เชื่อมต่อกับเกียร์ทดรอบไปหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแม่เหล็กถาวรที่บรรจุอยู่ภายในกล่องที่จมน้ำได้ โดยโครงเหล็กจะอยู่ในช่องใส่บานซ่อมบำรุง (Bulkhead) ที่ตอม่อท้ายประตูคลองลัดโพธิ์ เมื่อเดินชุดกังหันน้ำต้นแบบจะได้พลังงานไฟฟ้าเป็นแบบกระแสสลับ แล้วใช้ Rectifier เปลี่ยนเป็นกระแสตรงแล้วเชื่อมต่อเข้ากับอุปกรณ์แปลงและควบคุมกระแสไฟฟ้า (Inverter & Controller) ซึ่งจะปรับแรงดันและความถี่เพื่อเชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้าของการไฟฟ้านครหลวง โดยได้ทดลองผลิตกระแสไฟฟ้าไป เมื่อวันที่๒๒ พฤศจิกายน ๒๕๕๑ ได้กำลังไฟฟ้าสูงสุด ๕.๗๔ kW. ซึ่งสูงกว่าที่ได้วิเคราะห์และคำนวณออกแบบไว้ ทำให้มั่นใจได้ว่าการวิจัย และออกแบบ ชุดกังหันต้นแบบในครั้งนี้ สามารถจะนำไปขยายผลในการผลิตไฟฟ้าที่ประตูระบายของกรชลประทานที่มีอยู่ทั่วประเทศได้”

จากผลการวิจัยเพื่อวิเคราะห์ศักยภาพของคลองลัดโพธิ์อันเนื่องมาจากพระราชดำริด้านไฟฟ้าพลังน้ำสามารถนำองค์ความรู้ที่ได้จากการวิจัยครั้งนี้ไปต่อยอดและขยายผลการผลิตกังหันพลังน้ำในประเทศ ซึ่งการผลิตชุดกังหันพลังน้ำต้นแบบดังกล่าวได้ใช้อุปกรณ์จากต่างประเทศคือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแม่เหล็กถาวร (Permanent Magnet Generator) และอุปกรณ์แปลงและควบคุมกระแสไฟฟ้า (Inverter & Controller)

ภาควิชาวิศวกรรมทรัพยากรน้ำ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ร่วมกับกรมชลประทาน ดำเนินการทดลองติดตั้งกังหันพลังน้ำ แบบหมุนตามแนวแกน และแบบหมุนขวางการไหล ในช่องประตูน้ำคลองลัดโพธิ์ เพี่อเป็นต้นกำลังไปหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแม่เหล็กถาวร ซึ่งเมื่อทดลองเดินเครื่องวันที่ ๒๒ พฤศจิกายน ๒๕๕๑ พบว่า สามารถผลิตกำลังไฟฟ้าสูงสุด ๕.๗๔ กิโลวัตต์

กังหันพลังน้ำดังกล่าว สามารถนำไปขยายผลที่ประตูระบายน้ำต่างๆ ที่มีศักยภาพพอที่จะผลิตไฟฟ้าได้ เช่น ประตูระบายบรมธาตุ ประตูระบายพลเทพ และประตูระบายมโนรมย์ เป็นต้น ซึ่งจะทำให้ไม่ต้องนำเข้าอุปกรณ์จากต่างประเทศเพื่อเป็นการใช้พลังงานทดแทนในการผลิตไฟฟ้าและช่วยลดสภาวะโลกร้อนอีกทางหนึ่งด้วย ทั้งนี้ได้ดำเนินการจดสิทธิบัตรกังหันพลังน้ำเป็นที่เรียบร้อยแล้วและจะได้นำไปใช้ในพื้นที่ชลประทานอื่นๆต่อไป

กังหันไฟฟ้าพลังน้ำ “คลองลัดโพธิ์”

“คลองลัดโพธิ์” เป็นชื่อที่คนไทยรู้จักดี ด้วยความซาบซึ้งในพระมหากรุณาธิคุณและพระอัจฉริยภาพแห่งพระองค์ และจากการที่ได้ประจักษ์ถึงประสิทธิภาพในการแก้ปัญหาน้ำท่วมได้อย่างชะงัด

ทุกวันนี้ ประโยชน์ที่เกิดขึ้นของโครงการ ได้ช่วยให้ประชาชนมีความสุขขึ้นมาก ดังที่นายวัชระ เติมวรรธนภัทร์ นายกองค์การบริหารส่วนตำบลทรงคนอง อ.พระประแดง จ.สมุทรปราการ กล่าวว่า “หลังจากมีโครงการลัดโพธิ์ ในปี ๒๕๔๙ ก็ไม่มีปัญหาน้ำท่วมในพื้นที่อีกเลย ช่วงฤดูน้ำหลาก สามารถระบายน้ำได้เร็ว ในช่วงน้ำทะเลหนุนสูง น้ำก็ไม่ไหลท่วมพื้นที่อีก ”

แต่โครงการคลองลัดโพธิ์อันเนื่องมากจากพระราชดำริ กำลังจะก่อเกิดประโยชน์มหาศาลตามมาอีก เมื่อพระองค์ พระราชทานพระราชดำริเพิ่มเติมให้ นายสวัสดิ์ วัฒนายากร องคมนตรี รับไปพิจารณาว่า จะใช้พลังงานน้ำที่ระบายผ่านคลองทำประโยชน์อย่างอื่นได้อีกหรือไม่

จึงเป็นที่มาของโครงการศึกษาวิเคราะห์ศักยภาพของคลองลัดโพธิ์ ด้านไฟฟ้าพลังน้ำและการปรับปรุงคุณภาพน้ำ ซึ่งเป็นความร่วมมือระหว่างกรมชลประทานกับมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ทำการศึกษาวิจัยจนได้ต้นแบบ กังหันพลังน้ำอาศัยพลังงานจลน์จากความเร็วของกระแสน้ำไหลขึ้น ๒ แบบ คือ แบบหมุนตามแนวแกน (Axial Flow) และแบบหมุนขวางการไหล (Cross Flow) ทำการเชื่อมต่อเข้ากับเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้า ติดตั้งบริเวณประตูระบายน้ำเพื่อผลิตไฟ้ฟ้าพลังน้ำ

กังหันแบบหมุนตามแนวแกน ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง ๒ เมตร และแบบหมุนขวางการไหล ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง ๑.๐๐ เมตร ยาว ๒.๕๐ เมตร ทั้ง ๒ แบบจะประกอบกับโครงเหล็กเป็นต้นกำลังของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแม่เหล็กถาวร มีเกียร์ทดอยู่ภายในกล่องที่จมน้ำได้

กำลังและแรงดันไฟฟ้าที่ได้จะขึ้นอยู่กับความเร็วรอบ เช่นหากความเร็วที่ ๒๐๐ รอบต่อนาที จะได้กำลังไฟฟ้า ๕ กิโลวัตต์ต่อวัน และ Open Circuit Voltage ๖๕๐ โวลต์ จะเป็นต้นกำลังไปหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแม่เหล็กถาวร ทำให้ได้พลังงานไฟฟ้าแบบกระแสสลับ และใช้ Rectifier เปลี่ยนกระแสไฟฟ้าเป็นกระแสตรงแล้วเชื่อมต่อเข้ากับ Inverter & Controller ซึ่งจะปรับแรงดันและความถี่เพื่อเชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้าของการไฟฟ้านครหลวง จากการทดลองเดินกังหันพลังน้ำต้นแบบ พบว่า ได้กำลังไฟฟ้าสูงสุดที่ ๕.๗๔ กิโลวัตต์ต่อวัน

ความรู้ที่ได้จากการวิจัยเพื่อวิเคราะห์ศักยภาพของคลองลัดโพธิ์นี้ จะถูกนำไปต่อยอดเพื่อการผลิตกังหันพลังน้ำในประเทศ ซึ่งปัจจุบันยังต้องใช้วัสดุอุปกรณ์จากต่างประเทศอยู่ แต่เมื่อมีการขยายผล จนสามารถประยุกต์ใช้กับประตูระบายน้ำของกรมชลประทานที่มีอยู่ทั่วประเทศได้ ในอนาคต ก็จะไม่ต้องนำเข้าวัสดุอุปกรณ์จากต่างประเทศ จะช่วยประหยัดงบประมาณของประเทศลงได้อย่างมหาศาล