ธิระศักดิ์ เสภากล่อม
ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

ด้วยการเติบโตทางด้านอุตสาหกรรมและเศรษฐกิจในปัจจุบันที่เป็นไปอย่างต่อเนื่อง จึงทำให้ความต้องการใช้พลังงานเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วด้วยเช่นกัน ที่ผ่านมาสถานการณ์ทางด้านพลังงานมีความเสี่ยงที่จะเกิดความวิกฤติ เช่น ความต้องการทางด้านน้ำมันเชื้อเพลิงที่ผ่านมาทำให้ราคาน้ำมันเพิ่มสูงขึ้น จนทำให้สินค้าอุปโภคบริโภคอื่น ๆ ต่างทยอยปรับตัวสูงขึ้นตามราคาน้ำมัน แนวคิดและวิธีการของพลังงานทดแทนจึงถูกกล่าวถึงบ่อย ๆ เพื่อนำมาใช้เป็นทางเลือกในการทดแทนพลังงานหลักอย่างพลังงานน้ำมันดังกล่าว

พลังงานน้ำ จึงเป็นพลังงานหนึ่งที่รัฐบาลไทยหันกลับมาให้ความสนใจเพื่อพัฒนาเป็นพลังงานทดแทนเพิ่มขึ้น เนื่องจากพลังงานน้ำเป็นพลังงานที่มีศักยภาพสูง ซึ่งรัฐบาลได้มีการส่งเสริมและสนับสนุนให้มีการใช้พลังงานน้ำเพื่อการผลิตไฟฟ้า โดยได้กำหนดโครงการผลิตไฟฟ้าพลังงานน้ำขนาดเล็กและขนาดจิ๋ว ซึ่งจะมีโครงการย่อย ๆ ประกอบ เช่น โครงการปรับปรุงประสิทธิภาพเขื่อนไฟฟ้าพลังงานน้ำ และโครงการก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแห่งใหม่             

สำหรับโครงการที่ได้เริ่มต้นไปแล้วตั้งแต่ปี พ.ศ. 2547 คือ โครงการติดตั้งเครื่องผลิตไฟฟ้าท้ายเขื่อนและอาคารบังคับน้ำของกรมชลประทาน จำนวน 33 แห่งทั่วประเทศ ซึ่งส่งผลดีทั้งในด้านประสิทธิภาพของการผลิตไฟฟ้า และด้านการส่งเสริมผู้ประกอบขนาดกลาง และขนาดย่อมในอุตสาหกรรมการผลิตกังหันน้ำและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็ก เพื่อตอบสนองต่อนโยบายการเติบโตอย่างยั่งยืน ทางเศรษฐกิจอีกทางหนึ่ง 

นอกจากนี้ กระทรวงพลังงานยังได้วางเป้าหมายให้มีการใช้ประโยชน์จากแรงน้ำเพื่อผลิตไฟฟ้า โดยได้ดำเนินการพัฒนาด้านต่าง ๆ เช่น พัฒนาไฟฟ้าพลังงานน้ำตามแผนลงทุนโดยรัฐ ประกอบด้วย การปรับปรุงเพิ่มประสิทธิภาพโรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็ก การสร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็ก การพัฒนาไฟฟ้าพลังงานน้ำระดับหมู่บ้าน รวมถึงการกำหนดให้โรงไฟฟ้าใหม่ ที่จะสร้างขึ้นจะต้องใช้ประโยชน์จากพลังงานน้ำส่วนหนึ่งด้วย

พลังงานน้ำ เป็นรูปแบบหนึ่งของการสร้างกำลัง โดยการอาศัยพลังงานของน้ำที่เคลื่อนที่ ปัจจุบันนี้พลังงานน้ำส่วนมากจะถูกใช้เพื่อใช้ในการผลิตไฟฟ้า นอกจากนี้แล้วพลังงานน้ำยังถูกนำไปใช้ในการชลประทาน การสี การทอผ้า และใช้ในโรงเลื่อย พลังงานของมวลน้ำที่เคลื่อนที่ได้ถูกมนุษย์นำมาใช้มานานแล้วนับศตวรรษ โดยได้มีการสร้างกังหันน้ำ เพื่อใช้ในการงานต่าง ๆ ในอินเดีย และชาวโรมันก็ได้มีการประยุกต์ใช้เพื่อใช้ในการโม่แป้งจากเมล็ดพืชต่าง ๆ

ส่วนผู้คนในจีนและตะวันออกไกลก็ได้มีการใช้พลังงานน้ำเพื่อสร้าง Pot Wheel เพื่อใช้ในการวิดน้ำเพื่อการชลประทาน โดยในช่วงทศวรรษ 1830 ซึ่งเป็นยุคที่การสร้างคลองเฟื่องฟูถึงขีดสุด ก็ได้มีการประยุกต์เอาพลังงานน้ำมาใช้เพื่อขับเคลื่อนเรือขึ้นและลงจากเขา โดยอาศัยรางรถไฟที่ลาดเอียง (Inclined Plane Railroad: Funicular) โดยตัวอย่างของการประยุกต์ใช้แบบนี้ อยู่ที่คลอง Tyrone ในไอร์แลนด์เหนือ

อย่างไรก็ตามเนื่องจากการประยุกต์ใช้พลังงานน้ำในยุคแรกนั้นเป็นการส่งต่อพลังงานโดยตรง (Direct Mechanical Power Transmission) ทำให้การใช้พลังงานน้ำในยุคนั้นต้องอยู่ใกล้แหล่งพลังงาน เช่น น้ำตก เป็นต้น ปัจจุบันนี้ พลังงานน้ำได้ถูกใช้เพื่อการผลิตไฟฟ้า ทำให้สามารถส่งต่อพลังงานไปใช้ในที่ที่ห่างจากแหล่งน้ำได้

พลังงานน้ำ มีต้นกำเนิดจากพลังงานแสงอาทิตย์ ทำให้น้ำบนพื้นโลกระเหยและลอยตัวขึ้นสูง เมื่อไอน้ำในบรรยากาศกลั่นตัวเป็นฝน ความเร่งเนื่องจากแรงดึงดูดของโลกทำให้ไหลลงสู่ที่ต่ำ พลังงานน้ำจึงเกิดจากพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานศักย์จากความเร่งเนื่องจากแรงดึงดูดของโลก การนำเอาพลังงานน้ำมาใช้ประโยชน์ทำได้โดยให้น้ำไหลจากที่สูงลงสู่ที่ต่ำ

พลังงานศักย์ของน้ำถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์ อุปกรณ์ที่ใช้ในการเปลี่ยนนี้คือ กังหันน้ำ (Turbines) น้ำที่มีความเร็วสูงจะผ่านเข้าท่อแล้วให้พลังงานจลน์แก้กังหันน้ำ ซึ่งหมุนขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า กังหันน้ำจะแบ่งเป็นประเภทใหญ่ ได้ 2 ประเภท คือกังหันน้ำประเภทหัวฉีด (Impulse Turbines) และกังหันน้ำประเภทอาศัยแรงปฏิกิริยา (Reaction Turbines) กังหันน้ำประเภทหัวฉีดเป็นแบบหมุนได้ด้วยแรงกระแทกจากน้ำที่พุ่งออกมาจากหัวฉีด            

เช่นกังหันน้ำเพลตัน กังหันน้ำประเภทอาศัยแรงปฏิกิริยาเป็นแบบที่ทำงานโดยอาศัยแรงดันของน้ำ ตัวกังหันทั้งหมดจมอยู่ในท่อ เช่น กังหันน้ำในฟรานซิส (Francis Turbines) กังหันน้ำแคเปลน (Kaplan Turbines) ในปัจจุบันพลังงานที่ได้จากแหล่งน้ำที่รู้จักกันโดยทั่วไปคือ พลังงานน้ำตก พลังงานน้ำขึ้นน้ำลง และพลังงานคลื่น

1.พลังงานน้ำตก การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานน้ำนี้ทำได้โดยอาศัยพลังงานของน้ำตก ออกจากน้ำตามธรรมชาติ หรือน้ำตกที่เกิดจากการดัดแปลงสภาพธรรมชาติ เช่น น้ำตกที่เกิดจากการสร้างเขื่อนกั้นน้ำ น้ำตกจากทะเลสาบบนเทือกเขาสู่หุบเขา กระแสน้ำในแม่น้ำไหลตกหน้าผา เป็นต้น การสร้างเขื่อนกั้นน้ำและให้น้ำตกไหลผ่านกังหันน้ำซึ่งติดอยู่บนเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากำลังงานน้ำที่ได้จะขึ้นอยู่กับความสูงของน้ำและอัตราการไหลของน้ำที่ปล่อยลงมา 

ดังนั้นการผลิตพลังงานจากพลังงานนี้จำเป็นต้องมีบริเวณที่เหมาะสมและการสร้างเขื่อนนั้นจะต้องลงทุนอย่างมาก แต่อย่างไรก็ตามจากการสำรวจคาดว่าทั่วโลกสามารถผลิตกำลังไฟฟ้าจากกำลังน้ำมากกว่าพลังงานทดแทนประเภทอื่น  

2.พลังงานน้ำขึ้นน้ำลง มีพื้นฐานมาจากพลังงานศักย์และพลังงานจลน์ของระบบที่ประกอบด้วยดวงอาทิตย์ โลก และดวงจันทร์ จึงจัดเป็นแหล่งพลังงานประเภทใช้แล้วไม่หมดไป สำหรับในการเปลี่ยนพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงให้เป็นพลังงานไฟฟ้า คือ เลือกแม่น้ำหรืออ่าวที่มีพื้นที่เก็บน้ำได้มากและพิสัยของน้ำขึ้นน้ำลงมีค่าสูงแล้วสร้างเขื่อนที่ปากแม่น้ำหรือปากอ่าว เพื่อให้เกิดเป็นอ่างเก็บน้ำขึ้นมา เมื่อน้ำขึ้นจะไหลเข้าสู่อ่างเก็บน้ำ และเมื่อน้ำลงน้ำจะไหลออกจากอ่างเก็บน้ำ การไหลเข้าออกจากอ่างของน้ำต้องควบคุมให้ไหลผ่านกังหันน้ำที่ต่อเชื่อมกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เมื่อกังหันน้ำหมุนก็จะได้ไฟฟ้าออกมาใช้งาน      

หลักการผลิตไฟฟ้าจากน้ำขึ้นน้ำลงมีหลักการเช่นเดียวกับการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานน้ำตก แต่กำลังที่ได้จากพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงจะไม่ค่อยสม่ำเสมอเปลี่ยนแปลงไปมากในช่วงขึ้นลงของน้ำ แต่อาจจัดให้มีพื้นที่กักน้ำเป็นสองบริเวณหรือบริเวณพื้นที่เดียว โดยการจัดระบบการไหลของน้ำระหว่างบริเวณบ่อสูงและบ่อต่ำ และกักบริเวณภายนอกในช่วงที่มีการขึ้นลงของน้ำอย่างเหมาะสม จะทำให้พลังงานที่ได้จากพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงสม่ำเสมอดีขึ้น

3.พลังงานคลื่น เป็นการเก็บเกี่ยวเอาพลังงานที่ลม ถ่ายทอดให้กับผิวน้ำในมหาสมุทรเกิดเป็นคลื่นวิ่งเข้าสู่ชายฝั่งและเกาะแก่งต่าง ๆ เครื่องผลิตไฟฟ้าพลังงานคลื่นจะถูกออกแบบให้ลอยตัวอยู่บนผิวน้ำบริเวณหน้าอ่าวด้านหน้าที่หันเข้าหาคลื่น การใช้คลื่นเพื่อผลิตไฟฟ้านั้น ถ้าจะให้ได้ผลจะต้องอยู่ในโซนที่มียอดคลื่นเฉลี่ยอยู่ที่ 8 เมตร ซึ่งบริเวณนั้นต้องมีแรงลมด้วย  

แต่จากการวัดความสูงของยอดคลื่นสูงสุดในประเทศไทยที่จังหวัดระนองพบว่า ยอดคลื่นสูงสุดเฉลี่ยอยู่ที่ 4 เมตรเท่านั้น ซึ่งก็แน่นอนว่าด้วยเทคโนโลยีการผลิตไฟฟ้าด้วยพลังงานคลื่นในปัจจุบันนั้นยังคงไม่สามารถใช้ในบ้านเราให้ผลจริงจังได้

* พลังงานน้ำเป็นพลังงานหมุนเวียนที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ไม่หมดสิ้น คือเมื่อใช้พลังงานของน้ำส่วนหนึ่งไปแล้ว น้ำส่วนนั้นก็จะไหลลงสู่ทะเลและน้ำในทะเลเมื่อได้รับพลังงานจากแสงอาทิตย์ก็จะระเหยกลายเป็นไอน้ำ เมื่อไอน้ำรวมตัวเป็นเมฆจะตกลงมาเป็นฝนหมุนเวียนกลับมาทำให้เราสามารถใช้พลังงานน้ำได้ตลอดไปไม่หมดสิ้น 

* เครื่องกลพลังงานน้ำสามารถเริ่มดำเนินการผลิตพลังงานได้ในเวลาอันรวดเร็ว และควบคุมให้ผลิตกำลังงานออกมาได้ใกล้เคียงกับความต้องการ อีกทั้งยังมีประสิทธิภาพในการทำงานสูงมาก ชิ้นส่วนของเครื่องกลพลังงานน้ำส่วนใหญ่จะมีความคงทน และมีอายุการใช้งานนานกว่าเครื่องจักรกลอย่างอื่น 

* เมื่อนำพลังงานน้ำไปใช้แล้ว น้ำยังคงมีคุณภาพเหมือนเดิมทำให้สามารถนำไปใช้ประโยชน์อย่างอื่นได้อีก เช่น เพื่อการชลประทาน การรักษาระดับน้ำในแม่น้ำให้ไหลลึกพอแก่การเดินเรือ เป็นต้น 

* การสร้างเขื่อนเพื่อกักเก็บและทดน้ำให้สูงขึ้น สามารถช่วยกักน้ำเอาไว้ใช้ในช่วงที่ไม่มีฝนตก ทำให้ได้แหล่งน้ำขนาดใหญ่สามารถใช้เลี้ยงสัตว์น้ำหรือใช้เป็นสถานที่ท่องเที่ยวได้ และยังช่วยรักษาระบบนิเวศของแม่น้ำได้โดยการปล่อยน้ำจากเขื่อนเพื่อไล่น้ำโสโครกในแม่น้ำที่เกิดจากโรงงานอุตสาหกรรม นอกจากนี้ยังสามารถใช้ไล่น้ำเค็มซึ่งขึ้นมาจากทะเลก็ได้ 

แต่พลังงานน้ำมีข้อเสียบางประการ เช่น การพัฒนาแหล่งพลังงานน้ำต้องใช้เงินลงทุนสูง และยังทำให้เสียพื้นที่ของป่าไปบางส่วน นอกจากนี้พลังงานน้ำยังมีความไม่แน่นอนเกิดขึ้น เช่น หน้าแล้งหรือกรณีที่ฝนไม่ตกต้องตามฤดูกาล และมักเกิดปัญหาในเรื่องการจัดหาบุคลากรไปปฏิบัติงาน รวมทั้งการซ่อมแซม บำรุงรักษาสิ่งก่อสร้าง และอุปกรณ์ต่าง ๆ จะไม่ค่อยสะดวกนัก เพราะสถานที่ตั้งอยู่ห่างไกลจากชุมชน 

น้ำเป็นสารประกอบที่เกิดจากไฮโดรเจนและออกซิเจนมีสถานะเป็นของเหลวมีมากในทะเลและมหาสมุทร เมื่อได้รับพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ จะเปลี่ยนสถานะเป็นไอน้ำ และลอยตัวสูงขึ้นกลายเป็นเมฆซึ่งจะถูกลมหอยเข้าสู่แผ่นดิน เมื่อเมฆนี้ลอยขึ้นสูงสู่ยอดเขา ไอน้ำนี้จะขยายตัวและเย็นตัวลงทำให้เกิดการกลั่นตัวเป็นหยดน้ำ ตกสู่ผิวดินไหลไปตามร่องน้ำธรรมชาติของผิวดิน จนกลับลงสู่ทะเล และมหาสมุทรต่อไปจนครบวงจร แต่จะมีน้ำบางส่วนไหลซึมลงดิน แล้วไหลต่อไปจนถึงทะเล น้ำที่ไหลตามผิวดินจะมีพลังงานอยู่ในตัว 3 รูปแบบ คือ 

ก) พลังงานศักย์ เกิดจากระดับความสูงของน้ำระหว่างจุดที่น้ำพักอยู่ กับจุดที่น้ำจะไหลลงสู่เบื้องล่าง
ข) พลังงานความดัน เป็นพลังงานน้ำสามารถเคลื่อนที่ผ่านบริเวณที่มีความดันได้
ค) พลังงานจลน์ เป็นพลังงานที่เกิดขึ้นเมื่อมีการเคลื่อนไหวของน้ำด้วยความเร็วค่าหนึ่ง 

การไหลของน้ำจากที่สูงลงสู่ที่ต่ำ เราจะสังเกตได้ว่า น้ำจะมีการไหลเร็ว และไหลเชี่ยวขึ้น ซึ่งเราสามารถใช้ประโยชน์จากพลังงานจลน์ที่เกิดขึ้นนี้ได้โดยเปลี่ยนเป็นพลังงานกล หรือพลังงานไฟฟ้าโดยจะต้องมีเครื่องจักรกลที่เหมาะสม และมีวิธีการที่ถูกต้องจึงจะสามารถนำพลังงานนี้มาใช้ประโยชน์ได้ การพัฒนาแหล่งพลังน้ำขนาดใหญ่ในประเทศไทยเกิดขึ้นครั้งแรก เมื่อปี พ.ศ.2507

โดยการสร้างเขื่อนภูมิพลที่จังหวัดตาก ซึ่งออกแบบให้มีกำลังผลิตพลังงานไฟฟ้าทั้งหมด 535 เมกะวัตต์ มีพื้นที่อ่างเก็บน้ำ 316 ตารางกิโลเมตร และมีพื้นที่รับน้ำ 26,386 ตารางกิโลเมตร ต่อมาปี พ.ศ.2517 ได้สร้างเขื่อนสิริกิติ์ ที่จังหวัดอุตรดิตถ์ มีกำลังผลิตไฟฟ้าทั้งหมด 375 เมกะวัตต์ มีพื้นที่ของอ่างเก็บน้ำ 259.6 ตารางกิโลเมตร และมีพื้นที่รับน้ำ 13,130 ตารางกิโลเมตร

นอกจากนี้ยังมีแหล่งพลังน้ำขนาดกลาง และขนาดเล็กกระจายอยู่ทั่วประเทศไทย โดยเฉพาะในบริเวณพื้นที่ซึ่งเป็นภูเขามีลำน้ำไหลผ่านตามหุบเขา ซึ่งถ้าท้องน้ำมีการเปลี่ยนระดับได้มากในช่วงระยะทางสั้น ๆ ก็จะเป็นพื้นที่ที่มีศักยภาพสูงในการที่จะพัฒนาเป็นแหล่งน้ำต่อไป 

หลักการของการผลิตไฟฟ้าพลังงานน้ำคือการเปลี่ยนแปลงสภาพของน้ำจากสถานะพลังงานศักย์เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยอาศัยความแตกต่างของระดับน้ำเหนือเขื่อนและท้ายเขื่อนมาใช้หมุนกังหันน้ำและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าในระหว่างกระบวนการเปลี่ยนสภาพพลังงานขั้นต่าง ๆ ที่แสดงไว้นี้จะมีความสูญเสีย (Loss) ต่าง ๆ ของพลังงานเกิดขึ้น เช่น ความสูงของหัวน้ำ, ความเร็วของน้ำ, ความฝืด, การรั่วไหลของน้ำ, การสั่นสะเทือน, การเสียดสีระหว่างเพลากับแบริ่ง ฯลฯ สำหรับโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ เมื่อหักความสูญเสียต่าง ๆ เหล่านี้ออกแล้วจะได้พลังงานสุทธิ

1. เขื่อนกราวิตี้ (Gravity Dam) มีลักษณะรูปหน้าตัดเป็นสามเหลี่ยม มีความลาดชันด้านหน้าเขื่อน 0-0.3 การลาดชันด้านหลังเขื่อน 0.75–0.85 ซึ่งการออกแบบจะให้มีความลาดชันมากน้อยเท่าใด จะต้องพิจารณาจากองค์ประกอบต่าง ๆ คือ การยุบตัว การเลื่อนของเขื่อน ซึ่งอาจเกิดจากแรงภายนอก เช่น แรงดันจากน้ำแข็ง แรงจากโคลนตม เป็นต้น          

เขื่อนแบบนี้อาศัยน้ำหนักคอนกรีตของตัวเขื่อนรองรับต่าง ๆ ที่กระทำบนเขื่อน ตัวเขื่อนจะต้องหนาใหญ่ ต้องใช้คอนกรีตมาก ข้อดีของเขื่อนชนิดนี้คือ การออกแบบง่าย การติดตั้งเครื่องมือเครื่องจักรสะดวก สามารถทำให้คงอยู่ในสภาพดี มีความปลอดภัยสูง ส่วนข้อเสียคือ จะต้องใช้หินที่ดีในการทำรากฐานเขื่อน ต้องใช้วัสดุเป็นจำนวนมาก ค่าขนส่งสูง มีปริมาณงานมากทำให้ค่าก่อสร้างสูง 

2. เขื่อนโค้ง (Arch Dam) มีลักษณะเป็นรูปโค้ง อาศัยแรงกดของความโค้งจากตัวเขื่อนรับแรงต่าง ๆ ที่กระทำบนเขื่อนแล้วถ่ายแรงเหล่านี้ ไปยังฐานเขื่อน และบนฐานเขื่อน การสร้างเขื่อนชนิดนี้ คิดคำนวณจากสูตรทรงกระบอกธรรมดา มีความสูงเกินกว่า 60 เมตร ส่วนมากจะก่อสร้างตรงจุดที่มีพื้นที่หน้าตัดแคบ และมีหินรากฐานที่แข็งแรง    

แต่ลักษณะพื้นที่เช่นนี้หายาก จึงจำเป็นต้องมีการปรับฐานรากให้มีความแข็งแรงขึ้นก่อนแล้วจึงสร้างเขื่อนขึ้นภายหลัง ตัวเขื่อนใช้คอนกรีตน้อยและบางกว่า จึงทำให้ราคาค่าก่อสร้างถูกกว่าเขื่อนกราวิตี้ ข้อเสียของเขื่อนชนิดนี้คือ การออกแบบและการดำเนินงานก่อสร้างยุ่งยาก การก่อสร้างทางน้ำล้นในตัวเขื่อนทำได้ยากกว่าแบบอื่น 

3. เขื่อนกลวงหรือเขื่อนครีบ (Hollow or Buttress Dam) มีลักษณะเป็นคอนกรีตเสริมเหล็ก ด้านหน้าจะมีผนังกั้นน้ำอาจเป็นแบบเรียบ หรือแบบโค้งก็ได้ ด้านหลังเป็นคอนกรีตค้ำผนังกั้นน้ำจะเป็นตัวรับแรงดันของน้ำ แล้วถ่ายแรงไปยังฐานรากเขื่อน ชนิดนี้ใช้ปริมาณคอนกรีตน้อยกว่าเขื่อนกราวิตี้ 20 - 30 % จึงทำให้ราคาถูกแต่ความปลอดภัยจะลดน้อยลง และไม่นิยมสร้างให้มีความสูงมากนัก 

4. เขื่อนถม (Embankment Dam) เป็นเขื่อนที่สร้างด้วยราคาค่อนข้างประหยัด เพราะสามารถหาวัสดุที่จะนำมาใช้ในการก่อสร้าง ซึ่งมีอยู่ตามธรรมชาติในที่ที่ก่อสร้างได้ เช่น หิน ทราย ดินเหนียว ฐานรากของเขื่อนไม่จำเป็นต้องปรับสภาพให้ดีเท่ากับเขื่อนคอนกรีต แบ่งออกเป็น 2 ชนิด คือ 

* เขื่อนหินถม (Rock Fill Dam) ประกอบด้วยหินเป็นส่วนใหญ่ โดยจะมีผนังกั้นน้ำซึมทั้งด้านเหนือน้ำ และด้านท้ายน้ำ ซึ่งจะเป็นผนังคอนกรีตหรือดินก็ได้ แต่เนื่องจากหินที่นำไปถมเขื่อน จะจมอัดลงไปกับผนังกั้นน้ำซึมนี้ จึงนิยมใช้เป็นแบบดินเหนียวมากกว่า และทางด้านเหนือน้ำมักนิยมใช้วัสดุที่สามารถปรับตัวได้เช่น แอสฟัลท์ 

สำหรับการออกแบบเขื่อนถมหินนี้ จะต้องพิจารณาความมั่นคงของความลาดของเขื่อน ความปลอดภัยในด้านการเลื่อน การอัดและการจมของวัสดุที่ใช้ในการก่อสร้าง การซึมของน้ำผ่านผนังกันซึม การเก็บกักน้ำไว้ในอ่างจะต้องไม่ล้นอ่าง ค่าใช้จ่ายในการสร้างทางน้ำล้น และอุโมงค์จะสูงเมื่อเทียบกับเขื่อนประเภทอื่น เพราะไม่สามารถสร้างทางน้ำล้นในตัวเขื่อนได้ เพื่อเป็นการประหยัดควรพยายามหาทางใช้วัสดุที่ขุดออกมาเพื่อก่อสร้างอุโมงค์ และส่วนประกอบของเขื่อน ในการสร้างตัวเขื่อนให้ได้มากที่สุด 

* เขื่อนดิน (Earth Dam) คือ เขื่อนที่ใช้ดินถมเป็นส่วนใหญ่ มีแกนกลางของเขื่อนเป็นดินเหนียว มีคุณสมบัติ และลักษณะการออกแบบคล้ายกับเขื่อนถมดิน 

ตัวเขื่อน จะมีลักษณะต่างกัน แล้วแต่ชนิดของเขื่อน เช่น
* เขื่อนดาดหน้าคอนกรีต ตัวเขื่อนจะประกอบด้วยหิน ด้านเหนือน้ำจะเป็นคอนกรีต ซึ่งมีความลาดชัน 1: 1.3 ส่วนด้านท้ายน้ำจะมีความลาดชัน 1: 1.4 เช่น เขื่อนเขาแหลม
* เขื่อนดิน ตัวเขื่อนจะมีความลาดชันด้านเหนือน้ำ 1: 3 ด้านท้ายน้ำ 1: 2.5 เช่น เขื่อนสิริกิติ์ เขื่อนแก่งกระจาน
* เขื่อนหิน มีลักษณะแกนกลางเป็นดินเหนียว รอบนอกเป็นหิน มีความลาดชันด้านเหนือน้ำ 1: 2 ด้านท้ายน้ำ 1: 1.8 เช่น เขื่อนศรีนครินทร์ เขื่อนเชี่ยวหลาน

การวางแผนสร้างเขื่อน จะต้องพยายามใช้ประโยชน์จากแหล่งน้ำบริเวณที่สร้างเขื่อนให้ได้ประโยชน์มากที่สุด โดยศึกษาและสำรวจหาความสามารถสูงสุดของแหล่งน้ำดังต่อไปนี้

1. ลักษณะภูมิประเทศ (Topography)
2. อุทกวิทยา และอุตุนิยมวิทยา (Hydrology and Meteorology)
3. ธรณีวิทยา และฐานราก (Geology and Foundation)
4. วัสดุก่อสร้าง (Construction Materials)
5. ระบบไฟฟ้าที่มีอยู่ (Existing Power System)
6. ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม (Environment Impact)

เมื่อได้รวบรวมข้อมูลและทำการศึกษารายละเอียดตามรายการทั้ง 6 ข้อที่กล่าวมาแล้ว ก็สามารถจะประมวลเป็นโครงการแล้วทำการศึกษาต่อทางด้านวิศวกรรมเศรษฐศาสตร์ และการเงินของโครงการ เพื่อการติดสินใจดำเนินการเป็นขั้น ๆ ต่อไป

1. เขื่อนรับน้ำ (Intake Dam) สร้างเพื่อยกระดับน้ำให้สูงขึ้น และรับน้ำจากลำน้ำเข้าสู่โรงไฟฟ้าเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า แล้วไหลลงสู่ลำน้ำตามเดิม ได้แก่ เขื่อนปากมูล และเขื่อนหรือฝายของโรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็กต่าง ๆ เช่น บ้านยาง บ้านขุนกลาง บ้านสันติ ฯลฯ เป็นต้น 

2. เขื่อนเก็บกักน้ำ (Storage Dam) ใช้วิธีการเก็บกักน้ำไว้ในอ่าง แล้วควบคุมการปล่อยน้ำให้เป็นไปตามที่ต้องการ เช่น เขื่อนภูมิพล เขื่อนสิริกิติ์ เขื่อนศรีนครินทร์ เขื่อนอุบลรัตน์ เขื่อนเขาแหลม เขื่อนรัชชประภา เขื่อนบางลาง ฯลฯ เป็นต้น 

3. เขื่อนบังคับน้ำ (Regulating Dam) สร้างขึ้นเพื่อควบคุมปริมาณน้ำทางด้านน้ำให้เพียงพอที่เขื่อนรับน้ำจะยกระดับผันเข้าคลองส่งน้ำสำหรับการชลประทาน เช่น เขื่อนวชิราลงกรณ์ เขื่อนเพชรบุรี เขื่อนเจ้าพระยา เขื่อนนเรศวร ฯลฯ เป็นต้น สำหรับเขื่อนบังคับน้ำแห่งแรกที่สามารถผลิตไฟฟ้าได้ คือ เขื่อนท่าทุ่งนา 

4. เขื่อนเก็บกักน้ำเพื่อสูบน้ำกลับ (Pumped Storage Dam) สร้างขึ้นเพื่อทำอ่างเก็บน้ำเมื่อปล่อยน้ำออกแล้วสูบกลับ เขื่อนประเภทนี้ อาจจะไม่ต้องสร้างขวางทางน้ำ หน้าที่ที่สำคัญก็คือคอยเก็บน้ำไว้ปล่อยเพื่อผลิตไฟฟ้าในช่วงที่มีความต้องการสูง และในช่วงที่มีความต้องการไฟฟ้าต่ำ ก็จะสูบน้ำจากอ่างเก็บน้ำตอนล่างขึ้นไปเก็บไว้ยังอ่างเก็บน้ำตอนบนตามเดิม และนำน้ำนั้นมาใช้ผลิตกระแสไฟฟ้าอีกครั้งในช่วงที่มีความต้องการสูงสุดของแต่ละวัน

1. แบบไม่มีอ่างเก็บน้ำ (Run of River) โรงไฟฟ้าชนิดนี้ใช้ประโยชน์ของน้ำที่ไหลตามลำห้วย ลำธาร สร้างเขื่อนเล็ก ๆ หรือฝายขวางลำน้ำ บังคับน้ำให้ไหลไปตามท่อ หรือทำรางส่งน้ำ ใช้ความดันของน้ำจากที่สูงหมุนกังหันซึ่งต่อแกนกับเครื่องกำเนิด ผลิตไฟฟ้าขนาดเล็ก ปริมาณน้ำไม่แน่นอน ขึ้นอยู่กับฤดูกาล

2. แบบมีอ่างเก็บน้ำ (Storage Regulation Development) เป็นโรงไฟฟ้าขนาดกลาง หรือขนาดใหญ่ และพัฒนาให้เป็นแบบอเนกประสงค์ โรงไฟฟ้าชนิดใช้เป็นหลักในการผลิตไฟฟ้า น้ำจะถูกเก็บไว้ในอ่างเก็บน้ำเหนือเขื่อนให้มีปริมาณเพียงพอที่จะผลิตไฟฟ้าได้อย่างสม่ำเสมอ 

3. แบบสูบน้ำกลับ (Pumped Storage Plant) โรงไฟฟ้าแบบสูบน้ำกลับเป็นโรงไฟฟ้าที่มีอ่างเก็บน้ำสองส่วน คืออ่างเก็บน้ำบนและล่าง โรงไฟฟ้าจะเป็นตัวเชื่อม ในขณะที่ผลิตไฟฟ้าในช่วงที่มีความต้องการไฟฟ้าสูงก็จะปล่อยน้ำให้หมุนกังหันและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และเมื่อใดที่มีความต้องการใช้ไฟฟ้าต่ำหรือลดลง ก็จะใช้กำลังงานไฟฟ้าที่เหลือจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับปั้มน้ำขนาดใหญ่เพื่อสูบน้ำจากอ่างล่างกลับขึ้นไปเก็บไว้ที่ด้านบน เพื่อใช้ประโยชน์อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดต่อไป

1. อาคารรับน้ำ (Power Intake) คืออาคารที่อยู่ด้านล่างหลังเขื่อน ตัวอาคารจะมีท่อส่งน้ำจากอ่างเก็บน้ำไปดันกังหันและหมุนเครื่องกำเนิดภายในอาคารจะมีห้องควบคุมน้ำและควบคุมระบบการผลิตไฟฟ้า 

2. อุโมงค์เหนือน้ำ (Headrace) เป็นช่องที่น้ำไหลเข้ามายังท่อส่งน้ำอยู่ภายในตัวเขื่อน
3. ตะแกรง (Screen) เป็นตะแกรงเหล็ก มีไว้สำหรับป้องกันท่อนไม้ เศษไม้ หรือวัตถุอื่นใดที่จะเข้าไปอุดตันท่อนำน้ำ หรือทำความเสียหายให้กับกังหัน ตะแกรงนี้จะต้องมีช่องให้พอดีที่จะทำให้ปริมาณน้ำไหลผ่านได้อย่างมีประสิทธิภาพ 

4. ท่อส่งน้ำ (Penstack) เป็นท่อรับน้ำอยู่ในตัวเขื่อนหรือรับน้ำจากเขื่อน แล้วลดระดับให้ต่ำลงเพื่อทำให้น้ำมีแรงดันหมุนกังหัน
5. ท่อรับน้ำ (Draft Tube) เป็นท่อรับน้ำที่อยู่ส่วนหลังของกังหัน เพื่อนำน้ำที่ผ่านกังหันส่งออกไปยังท้ายน้ำ 

6. อาคารลดแรงดันน้ำ (Surge Tank) เป็นอาคารหรือถังน้ำขนาดใหญ่ สร้างขึ้นอยู่ระหว่างตัวเขื่อนกับอาคารรับน้ำเพื่อลดแรงดัน หรือแรงดันของน้ำไม่ให้เกิดอันตรายกับท่อหรือหัวฉีดน้ำ แต่โรงไฟฟ้าบางชนิดที่ตั้งใกล้กับตัวเขื่อนก็ไม่ต้องมีอาคารลดแรงดันน้ำ 

7. หัวฉีดน้ำ (Jet Water) เป็นปลายทางของท่อส่งน้ำที่ไปยังกังหัน หัวฉีดน้ำจะทำให้น้ำที่ไหลตามท่อมีแรงดันสูงขึ้นลักษณะของหัวฉีดน้ำประกอบด้วยหัว และเข็มฉีดน้ำประกอบกันเหมือนกรวยซ้อนกันเมื่อปลายหัวฉีดเลื่อนมาใกล้ปากท่อรูจะเล็ก เมื่อถอยหัวเข็มออก รูหัวฉีดจะโตขึ้น 

8. ประตูน้ำ (Wicket Gate) เป็นบานประตูที่ควบคุมการไหลของน้ำ สามารถปิดหรือเปิดให้น้ำไหลผ่านเข้าไปยังท่อส่งน้ำเพื่อให้มีแรงดันไปหมุนกังหัน

9. กังหัน (Turbine) เป็นตัวรับแรงกระทำของน้ำที่ใช้แรงดันมาฉีดหรือผลักดันให้หมุน และต่อแกนอยู่กับเครื่องกำเนิด ผลิตไฟฟ้าออกมา 

10. เครื่องกำเนิดไฟฟ้า (Generator) เป็นเครื่องกลไฟฟ้าที่เปลี่ยนพลังงานกล ที่ได้รับจากต้นกำลังมาเป็นพลังงานไฟฟ้า โดยใช้หลักการของขดลวดตัดผ่านสนามแม่เหล็ก

11. หม้อแปลง (Transformer) เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่แปลงแรงดันไฟฟ้าที่ผลิตได้จากเครื่องกำเนิดให้เป็นแรงดันสูงส่งเข้าระบบส่งจ่ายไฟฟ้าเป็นระยะทางไกลไปให้กับศูนย์กลางผู้ใช้ไฟฟ้า

กังหันน้ำเป็นส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดของโรงไฟฟ้า เพราะกังหันจะเป็นตัวรับการกระทำจากต้นกำลังมาเป็นพลังงานกลเพื่อหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าผลิตไฟฟ้าออกมา กังหันน้ำแบ่งออกได้เป็น 2 ชนิดคือ 

กังหันแบบแรงกระแทกเป็นกังหันที่หมุนโดยอาศัยแรงฉีดของน้ำจากท่อส่งน้ำที่รับน้ำจากที่สูง หรือหัวน้ำสูง ไหลลงมาตามท่อที่ลดขนาดลงมายังหัวฉีดกระแทกถังหันไม่หมุน และต่อแกนกับเครื่องกำเนิดผลิตไฟฟ้าออกไป กังหันแบบแรงกระแทกแบ่งออกเป็น 3 ชนิด คือ 

1. แบบใช้กับหัวน้ำต่ำกำลังผลิตน้อยใช้แบบแบงกี (Banki Type)
2. แบบใช้กับหัวน้ำปานกลาง ใช้แบบเทอร์โก (Turgo Type)
3. แบบใช้กับหัวน้ำสูงกำลังผลิตมาก ใช้แบบเพลตัน (Pelton Type)

กังหันเพลตัน ใช้กันมากในกรณีที่หัวน้ำมีแรงดันสูง ด้วยเหตุนี้ส่วนมากจึงใช้แกนนอนแต่ยังมีบางส่วนที่ใช้ในแกนตั้ง ที่ใบพัดจะมีถ้วย (Bucket) หลาย ๆ ใบติดอยู่กับตัวแกนแผ่นจาน (Disk) ถ้วยเหล่านี้จะรับน้ำจากหัวฉีด โดยแบ่งน้ำไปทางซ้ายและขวาด้วยสันแนวที่อยู่ตรงกลางของถ้วย ถ้วยที่ใช้กันอยู่ทั่วไปมี 2 แบบ แบบหนึ่งใช้ติดกับแผ่นจาน โดยการยึดไว้ด้วยสลักเกลียว อีกแบบหนึ่งใช้วิธีหล่อติดกับแผ่นจาน ที่ท่อส่งน้ำตรงหัวฉีดจะมีเข็ม (Needle) สำหรับปรับปริมาตรของน้ำให้มีความดันมากขึ้นหรือลดลง ทำให้สามารถปรับความเร็วการหมุนของกังหันได้

กังหันแบบแรงสะท้อนเป็นกังหันที่หมุนโดยใช้แรงดันของน้ำที่เกิดจากความต่างระดับของน้ำด้านหน้าและด้านท้ายของกังหันกระทำต่อใบพัด ระดับด้านท้ายน้ำจะอยู่สูงกว่าระดับบนของปลายท่อปล่อยน้ำออกเสมอ กังหันชนิดนี้เหมาะกับอ่างเก็บน้ำที่มีความสูงปานกลางและต่ำ กังหันแรงสะท้อน แบ่งได้เป็น 3 แบบ คือ 

1. กังหันฟรานซิส (Francis Turbine) เป็นกังหันแบบที่ใช้การไหลช้าของปริมาณน้ำในใบพัดเป็นแบบแฉกและไหลออกขนานกับแกน ซึ่งแสดงว่ามีการเปลี่ยนทิศทางการไหลในขณะผ่านใบพัด กังหันฟรานซิสมีทั้งแบบแกนนอนและแกนตั้ง 

กังหันฟรานซิส (Francis Turbine)

2. กังหันเดเรียซ (Deriaz Turbine) หรือกังหันแบบที่มีการไหลของน้ำในทิศทางทแยงมุมกับแกน กังหันแบบนี้ใช้กับกรณีที่มีหัวน้ำสูง ส่วนของใบพัดจะเคลื่อนที่ได้เมื่อมีน้ำไหลผ่าน และมีลักษณะคล้าย ๆ กับกังหันฟรานซิส 

3. กังหันคาปลาน (Kaplan Turbine) หรือกังหันแบบใบพัด น้ำจะไหลผ่านใบพัดในทิศทางขนานกับแกนของกังหัน ใช้กับงานที่มีหัวน้ำต่ำ ใบพัดของกังหันคาปลานเป็นใบพัดที่สามารถปรับได้ตามมุมของซี่ใบพัดโดยอัตโนมัติตามแรงอัดหรือแรงฉีดแรงน้ำ โดยจะสัมพันธ์กับความแรงที่หัวฉีดน้ำซึ่งประกอบด้วยลูกเบี้ยว (Cam) ชุดควบคุมความเร็ว (Speed Governor) ช่องนำน้ำ (Guide Vane) และมุมของซี่ใบพัด (Runner Blade) เช่นเดียวกันกับกังหันชนิดอื่น ๆ ถ้าต้องการเพิ่มความเร็วและความแรงของน้ำ ก็ทำท่อป้อนน้ำเป็นรูปหอยโข่ง โดยทำท่อด้านรับน้ำเข้าให้ใหญ่และเรียวเล็กลงตามลำดับ

การเลือกแบบของเครื่องกังหันน้ำในขั้นต้น พิจารณาได้จากความสัมพันธ์ของหัวน้ำและกำลังผลิตของกังหันแบบต่าง ๆ แต่ต้องคำนึงถึงความเหมาะสมทางด้านเศรษฐศาสตร์ด้วย โดยทั่วไปเครื่องกังหันน้ำแบบฟรานซิส เพราะก่อสร้างได้ง่าย มีความเชื่อถือสูง นิยมใช้กันมาก ในกรณีที่หัวน้ำสูงมากโดยทั่ว ๆ ไปใช้แบบเพลตัน และถ้าหัวน้ำต่ำก็ใช้เครื่องกังหันแบบคาปลาน     

1. ค่าระดับน้ำหลากทางท้ายน้ำสูง กังหันเพลตันไม่สามารถใช้หัวน้ำ ใต้ระดับของเครื่องกังหันให้เป็นประโยชน์ได้
2. เมื่อต้องการเดินเครื่องที่มีโหลดต่ออยู่มาก กังหันเพลตันแบบใช้หัวฉีดหลายอันจะให้ประสิทธิภาพสูงกว่า
3. กังหันฟรานซิส มีความเร็วรอบสูง และสามารถปรับความเร็วรอบตามขนาดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้ ทำให้เลือกใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่มีราคาต่ำได้ 

4. ถ้าท่อส่งน้ำมีความยาวและลาดชัดน้อย ควรใช้กังหันเพลตันเพราะค่าใช้จ่ายในการก่อสร้างท่อส่งน้ำต่ำ เนื่องจากความดันดันในขณะปิดท่อส่งน้ำในทันที่ที่ต่ำ (Sudden Shut Down)
5. ในกรณีที่น้ำไหลช้า มักจะนิยมใช้กังหันเพลตัน เพราะสามารถตรวจสอบใบพัดและบำรุงรักษาได้ง่าย
6. กังหันฟรานซิสจะมีค่าก่อสร้างโรงไฟฟ้าสูงกว่า เพราะต้องเพิ่มงานชุดมากกว่า แต่ราคาของกังหันฟรานซิสจะถูกกว่ากังหันเพลตัน 

กรณีหัวน้ำต่ำ การเลือกกังหันคาปลานหรือกังหันฟราสซิส ควรพิจารณาคือ
1. เมื่อหัวน้ำเปลี่ยนแปลงบ่อย ๆ ควรเลือกใช้กังหันคาปลาน
2. กังหันคาปลานความเร็วสูง ทำให้ราคาของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าต่ำ แต่ต้องลดระดับท่อปล่อยน้ำให้ต่ำ ซึ่งทั้งนี้ท่อน้ำเข้ากังหันจะต้องใหญ่ขึ้น จึงทำให้ค่าใช้จ่ายด้านงานโยธาสูงขึ้น
3. การบำรุงรักษา กังหันฟรานซิส ง่ายและสะดวกเพราะก่อสร้างแบบง่าย ๆ ราคาของเครื่องกังหันก็ถูกกว่ากังหันคาปลาน

การใช้เครื่องกังหันน้ำจะต้องคำนึงถึงกำลังผลิตและหัวน้ำ รวมทั้งความเหมาะสมทางด้านเศรษฐศาสตร์ เพื่อพิจารณาเลือกเครื่องกังหันน้ำที่เหมาะสม ความสูงหัวน้ำของเครื่องกังหันฟรานซิสในระยะต่าง ๆ กัน 

1. หัวน้ำรวม (Gross Head) คือความสูงแตกต่างระหว่างระดับน้ำในอ่างเก็บน้ำและระดับน้ำท้ายโรงไฟฟ้า
2. หัวน้ำสุทธิ (Net Head) คือหัวน้ำรวมหักค่าความสูญเสียทางด้านชลศาสตร์ทั้งหมดแล้ว 

3. หัวน้ำออกแบบ (Design Head) คือหัวน้ำสุทธิที่เครื่องกังหันน้ำเดินเครื่องประสิทธิภาพสูงสุดในความเร็วที่ออกแบบโดยปกติ หัวน้ำออกแบบจะมีค่าใกล้กับหัวน้ำเฉลี่ย 

4. หัวน้ำควบคุม (Rated Head) คือหัวน้ำที่เครื่องกังหันน้ำเดินเครื่องให้กำลังไฟฟ้าเท่าที่ออกแบบในขณะที่บานประตูเครื่องกังหันน้ำเปิดให้น้ำไหลผ่านเต็มที่

5. หัวน้ำต่ำสุด (Minimum Head) คือความสูงแตกต่างของระดับน้ำต่ำในอ่างเก็บน้ำ และระดับน้ำท้ายโรงไฟฟ้าเมื่อเปิดเครื่องกังหันน้ำทุกเครื่องเต็มที่

6. หัวน้ำเฉลี่ย (Weight Average Head) คือความสูงแตกต่างของระดับน้ำเฉลี่ยในอ่างเก็บน้ำและระดับน้ำท้ายโรงไฟฟ้า ซึ่งค่าระดับน้ำดังกล่าวเป็นผลจากการเดินเครื่องกังหันน้ำในระยะยาว 

1. ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานต่ำ สามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้ด้วยราคาถูก ค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซม บำรุงรักษาต่ำ อายุการใช้งานนานประมาณ 50 ปีขึ้นไป

2. สามารถเดินเครื่องจ่ายกระแสไฟฟ้าได้ทันที ใช้เวลาจ่ายไฟฟ้าเข้าระบบได้ ภายในเวลา 4–5 นาที การเพิ่มหรือลดพลังงานทำให้รวดเร็ว สามารถจัดให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลง โดยไม่เสียประสิทธิภาพ 

3. โครงการก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังน้ำส่วนใหญ่เป็นโครงการอเนกประสงค์ โดยน้ำที่กักเก็บไว้ในอ่างน้ำ นอกจากใช้ผลิตกระแสไฟฟ้า ยังใช้ในการชลประทาน การบรรเทาอุทกภัย การคมนาคมทางน้ำ การประมงน้ำจืด การประปา ฯลฯ

4. ไม่สิ้นเปลืองเชื้อเพลิง ไม่มีควันเสีย, เขม่า หรือก๊าซพิษ ค่าเก็บรักษาเชื้อเพลิง ค่ากำจัดของเสียจึงไม่มี
5. ไม่มีพลังงานสูญเสียในการสำรองใช้งาน 

6. มีความแน่นอนในการใช้งาน ประสิทธิภาพของโรงจักรไฟฟ้าไม่เปลี่ยนแปลงมากตามอายุการใช้งาน เพราะเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมุนด้วยความเร็วต่ำ อุณหภูมิใช้งานต่ำ การออกแบบอุปกรณ์ไฟฟ้าไม่ยุ่งยาก ข้อขัดข้องที่เกิดขึ้นน้อย ในแต่ละปีจะหยุดเครื่องเพื่อตรวจซ่อมน้อยครั้ง จึงมีความแน่นอนในการใช้งาน 

7. ใช้จำนวนบุคลากรปฏิบัติการเกี่ยวกับการเดินเครื่องไม่มากนำ
8. ราคาที่ดินถูก เพราะตั้งอยู่ห่างไกลจากชุมชน
9. ไม่ต้องเสียเวลาในการอุ่นเครื่องก่อนที่จะจ่ายกำลังไฟฟ้าเหมือนโรงไฟฟ้า พลังไอน้ำ ซึ่งต้องการเวลาต้มน้ำให้ได้อุณหภูมิ และความกดดันตามกำหนด

1. การลงทุนในระยะแรกตอนสร้างโรงไฟฟ้าและเขื่อนสูงมาก 
2. ใช้เวลานานประมาณ 4–5 ปี ในการสำรวจหาบริเวณที่ตั้ง และระยะเวลาในการก่อสร้าง
3. การผลิตไฟฟ้าขึ้นอยู่กับสภาวะของน้ำฝนที่จะตกลงสู่อ่างเก็บน้ำ ซึ่งไม่ค่อยแน่นอน ถ้าปีใดฝนน้อย อาจมีปัญหาในการผลิตไฟฟ้าได้
4. อาจกระทบต่อสิ่งแวดล้อม เช่น ป่าไม้ ที่อยู่อาศัย ที่ทำกิน โบราณวัตถุ ฯลฯ
5. ส่วนมากโรงไฟฟ้าจะอยู่ห่างไกลจากชุมชนอยู่ห่างไกล จากศูนย์กลางการใช้ไฟฟ้า (Load Center) ทำให้ต้องเสียค่าใช้จ่ายสูงในเรื่องของสายส่งไฟฟ้า นอกจากนี้ยังมีพลังงานสูญเสียในสายส่งด้วย 

ในปัจจุบันประเทศไทยใช้ไฟฟ้าจากการผลิตด้วยพลังงานน้ำประมาณร้อยละ 5-6 ของปริมาณการใช้ไฟฟ้าทั่วประเทศ แต่พลังงานไฟฟ้าที่ได้จากพลังงานน้ำเป็นเพียงแหล่งผลิตไฟฟ้าเสริมให้กับระบบไฟฟ้าของประเทศในช่วงที่มีการใช้ไฟฟ้าสูงกว่าปกติ เนื่องจากโรงไฟฟ้าจากพลังงานน้ำมีความสามารถในการเดินเครื่องได้รวดเร็วและสามารถหยุดเดินเครื่องได้ตลอดเวลา ทำให้มีความยืดหยุ่นในการผลิตไฟฟ้าสูง ซึ่งต่างกับโรงไฟฟ้าที่ใช้ฟอสซิลเป็นเชื้อเพลิงที่ต้องใช้เวลานานในการเริ่มเดินเครื่อง

ปัญหาด้านการจัดหาพลังงานในปัจจุบันกำลังเป็นประเด็นที่สำคัญยิ่งและส่งผลกระทบโดยตรงต่อสภาวะเศรษฐกิจ และสังคมของประเทศ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ปัญหาการขาดแคลนน้ำมัน ทำให้น้ำมันมีราคาสูงขึ้น พลังงานจากน้ำซึ่งเป็นแหล่งพลังงานที่มีมานาน ยังคงมีประสิทธิภาพสูง เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าโดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงที่มีความต้องการใช้ไฟฟ้าสูงมากกว่าปกติ หรือเรียกว่าเป็นแหล่งพลังงานสำรองที่สำคัญ

หากแต่ในบางครั้งยังมีความไม่แน่นอน เนื่องจากพลังงานน้ำ ต้องพึ่งพาธรรมชาติเป็นหลัก อีกทั้ง การสร้างเขื่อนยังทำให้เสียพื้นที่ป่าบางส่วน ยังเป็นข้อดีเพื่อช่วยให้การชลประทานมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม การวิจัยและพัฒนาจะเป็นปัจจัยสำคัญที่จะช่วยเพิ่มศักยภาพของพลังงานน้ำ ซึ่งเป็นพลังงานสะอาดที่ไม่มีวันหมดสิ้นได้ต่อไป