การผลิตไฟฟ้าจากกังหันลม
กังหันลมที่เราใช้ในการผลิตไฟฟ้าในปัจจุบันเราสามารถแบ่งออกเป็นกลุ่มใหญ่ได้ 4 กลุ่มดังนี้
1. กังหันลมชนิดหันหลังให้ลม (Downwind turbine)
กังหันลมที่โรเตอร์หันหลังให้ลมในขณะทำงาน โรเตอร์ของกังหันลมถูกออกแบบให้หาทิศทางลมโดยหันหลังให้ลม โดยไม่ต้องใช้มอเตอร์ควบคุม ข้อดี คือ ลดอันตรายที่อาจเกิดจากใบพัดแอ่น (ในขณะที่ลมพัดแรง) หมุนมาตีกับเสากังหันลมระบบหาทิศทางลมไม่ซับซ้อน ทำให้มีราคาถูก ข้อเสีย คือ การเกิดเงาจากเสาของกังหันลมทำให้ความเร็วลมพัดผ่านเสาลดลง ลมเมื่อใบพัดหมุนมาอยู่ในแนวเดียวกันกับเสาทำให้แรงที่เกิดลดลง ส่งผลให้เกิดการกระเพื่อมของแรงบิด ความถี่ของการกระเพื่อมมีค่าเป็นสามเท่าของความเร็วรอบ (สำหรับกังหันลมแบบสามใบพัด)
ลักษณะการทํางานของกังหันลมชนิดหันหลังให้ลม
กังหันลมชนิดหันหลังให้ลม
2. กังหันลมชนิดหันหน้าเข้าสู่ลม (Upwind turbine)
กังหันลมที่หันหน้าเข้าหาลมในขณะทำงาน ใบพัดของกังหันลมอยู่ด้านหน้าของห้องเครื่อง มีอุปกรณ์ปรับทิศทางของกังหันลมให้อยู่ในทิศเดียวกับลมตลอดเวลา กังหันลมผลิตไฟฟ้าขนาดใหญ่ (เมกะวัตต์) เป็นกังหันลมชนิดหันหน้าเข้าสู่ลมทั้งสิ้น ข้อดี คือลดผลที่เกิดจากเงาของเสากังหันลม เมื่อใบพัดหมุนมาอยู่ตรงกับเสากังหันลม ลมจะพัดผ่านใบพัดกังหันลมก่อนที่จะมาถึงเสา ข้อเสีย คือ ตำแหน่งของโรเตอร์ที่ติดอยู่กับห้องเครื่องกังหันลม จะต้องห่างพอที่จะไม่ถูกใบพัดหมุนมาตีกับเสากังหันลมส่วนตัวโครงสร้างของใบพัดต้องออกแบบให้มีความแข็งแรงเพียงพอที่จะไม่เกิดการแอ่นตัวจนมาตีกับเสากังหันลม
ลักษณะการทํางานของกังหันลมชนิดหันหน้าเข้าสู่ลม
กังหันลมชนิดหันหน้าเข้าสู่ลม
3. กังหันลมชนิดแกนหมุนแนวนอน (Horizontal Axis Wind Turbine (HAWT))
กังหันลมที่เพลาใบพัดกังหันลมหลักและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอยู่ด้านบนสุดของเสา และขนานกับพื้นราบในแนวนอนหรือขนานกับทิศทางการเคลื่อนที่ของลม การทำงานแบ่งเป็น 2 ลักษณะ คือ ทำงานโดยหันหน้าให้ลมและหันหลังให้ลม การหมุนคอของกังหันลมขนาดเล็กจะหันหน้าเข้าหาลมโดยใช้หางเสือ กังหันขนาดใหญ่ใช้เซ็นเซอร์วัดทิศทางลมร่วมกับเซอร์โวมอเตอร์ (servomotor) เพื่อขับเคลื่อนคอให้หันหน้าเข้าหาลม กังหันลมส่วนใหญ่มีกล่องเกียร์เพื่อช่วยเพิ่มความเร็วรอบของเพลาให้หมุนเร็วขึ้น เพื่อให้เหมาะสมกับการขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า กังหันลมระดับเมกะวัตต์ที่มีขายในท้องตลาดเป็นแบบกังหันลมแกนหมุนแนวนอนทั้งสิ้น
ลักษณะทั่วๆ ไปของกังหันลมชนิดแกนหมุนแนวนอน
กังหันลมชนิดแกนหมุนแนวนอน ที่มา : //images.thaiza.com/
4. กังหันลมชนิดแกนหมุนแนวตั้ง (Vertical Axis Wind Turbine)
กังหันลมชนิดนี้ เพลาแกนหมุนของใบพัดจะตั้งฉากกับพื้นราบ หรือตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ของลมมีหลายรูปแบบ ข้อดีที่สำคัญ คือ สามารถรับลมได้ทุกทิศทาง ซึ่งมีประโยชน์อย่างมากสำหรับบริเวณที่มีการเปลี่ยนทิศทางลมบ่อยๆ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและระบบเกียร์วางอยู่ใกล้พื้นดิน เพลาของกังหันลมสามารถขับต่อโดยตรงกับเกียร์ที่อยู่ที่พื้นดินทำให้บำรุงรักษาได้ง่าย ทำงานเงียบ เหมาะสำหรับติดตั้งในชุมชน ข้อเสีย คือ ติดตั้งในระดับพื้นดินซึ่งมีความเร็วลมตํ่า ทำให้ผลิตไฟฟ้าได้ลดลง นอกเหนือจากนี้ ค่าสัมประสิทธิ์กำลัง (Cp) ของกังหันลมตํ่ากว่ากังหันลมแกนหมุนแนวนอน เนื่องจากใบพัดด้านหนึ่งเกิดแรงยก แต่อีกด้านเกิดแรงลากสวนทิศทางลม ชนิดที่นิยมมากที่สุด คือ กังหันลมแบบแดร์เรียส (Darrieus Vertical Axis Wind Turbine) และกังหันลมแบบซาโวเนียส (Savonius Wind Turbine) กังหันลมแบบแดร์เรียสเป็นที่รู้จักกันทั่วไปว่าเป็น “eggbeater” ถูกคิดค้นโดย Georges Darrieus ในปี ค.ศ.1931 กังหันลมแบบแดร์เรียสหมุนด้วยความเร็วสูง แรงบิดตํ่า (เปรียบเทียบกับกังหันลมแกนหมุนแนวตั้งแบบอื่นๆ เหมาะสำหรับการผลิตกระแสไฟฟ้าโดยทั่วไปการเริ่มต้นหมุนจำเป็นต้องมีเครื่องช่วยในการออกตัวของกังหันเพราะแรงบิดออกตัวของกังหันลมมีค่าตํ่ามาก กังหันลมแบบแดร์เรียสมีใบพัดสองใบหมุนรอบเพลาแนวตั้ง โดยแรงที่ใช้ในการหมุนใช้แรงยกทางอากาศพลศาสตร์
กังหันลมแบบซาโวเนียสเป็นกังหันที่ทำงานโดยอาศัยแรงลาก (มีประสิทธิภาพตํ่ากว่ากังหันที่ทำงานโดยอาศัยแรงยก) ขณะทำงานจะหมุนด้วยความเร็วตํ่าแต่แรงบิดสูง เหมาะสำหรับใช้แรงบิดในการสูบนํ้า การโม่แป้ง
กังหันลมแบบแนวตั้งที่ผลิตได้ในประเทศไทย
ที่มา : //www.manager.co.th/
กังหันลมแบบแดร์เรียส
ที่มา : //upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/92/Darrieus_rotor002.jpg
กังหันลมแบบไจโรมิล (Giromill)
ที่มา : //www.symscape.com/files/images/giromill_0.jpg
กังหันลมแบบซาโวเนียส
ที่มา : //www.technologymag.net/
Bibliography
กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน. (2557). พลังงานลม. In กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน, สารานุกรมพลังงานทดแทน (pp.284, 286, 300-301). กรุงเทพมหานคร,ประเทศไทย.