นักวิจัยพัฒนากังหันลมแนวตั้ง เพิ่มประสิทธิภาพและความทนทานสำหรับการใช้งานในเมือง
ซึ่งสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าได้ถึง 200% และลดแรงสั่นสะเทือนจากการหมุนลงได้ถึง 77%
กังหันลมสำหรับแปลงพลังงานลมเป็นพลังงานให้เราใช้งานในปัจจุบันหลัก ๆ นั้นแบ่งออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ โดยแบ่งตามแกนการหมุนของใบพัดว่าแกนหมุนอยู่ในแนวนอนหรือแกนหมุนอยู่แนวตั้ง ซึ่งกังหันลมผลิตไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่เห็นอยู่ตาม Wind farm นั้นจะเป็นแบบกังหันลมแกนหมุนแนวตั้งหรือ HAWT
ประเภทของกังหันลม ซึ่งหลัก ๆ ก็แบ่งตามแนวการหมุนของใบพัด
ถามว่าทำไมฟาร์มกังหันลมถึงมีแต่ชนิด HAWT ทั้งนี้ก็เพราะว่าการผลิตไฟฟ้าด้วยพลังงานลมนั้น ในย่านความเร็วลมที่มีศักยภาพนั้นจะต้องเป็นบริเวณที่มีความเร็วลมสูงและมีลมเกือบตลอดจึงจะคุ้มที่จะทำ
ความเร็วลมสำหรับ Wind farm ที่เหมาะก็ตั้งแต่ประมาณ 10 เมตรต่อวินาทีขึ้นไป สำหรับความเร็วลมแถวอาคารบ้านเรือนในพื้นราบทั่วไปนั้นอยู่แค่ประมาณ 4-8 เมตรต่อวินาที
ทั้งนี้กังหันลมแบบแกนหมุนแนวนอนกับแนวตั้งนั้นก็จะมีคุณสมบัติและข้อดีข้อเสียแตกต่างกัน โดยในช่วงความเร็วลมสูง ๆ นั้นกังหันลมแบบแกนหมุนแนวนอนจะมีประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าสูงกว่า
อีกข้อเสียเปรียบของกังหันลมแนวตั้งก็คือไม่สามารถทำเสาตัวกังหันได้สูงเท่ากังหันลมแบบแกนหมุนแนวนอนได้ เพราะยิ่งสูงก็ยิ่งสั่นง่ายยิ่งสั่นมากก็ยิ่งพังง่าย ลองนึกภาพเสากังหันลมล้มคว่ำคงดูไม่จืดแน่นอน
กังหันลมแต่ละแบบก็มีช่วงการทำงานที่เหมาะสมแตกต่างกันไป อย่างเช่นบริเวณลมเอื่อยก็ต้องใช้แบบกังหันใบตัก ลมแรงขึ้นหน่อยก็ต้องเป็นแบบกังหันแนวตั้ง แล้วถ้าลมแรง ๆ เลยก็ต้องกันหันลมแบบแกนหมุนแนวนอนที่ใช้กันในฟาร์มกังหันลม
แต่ทั้งนี้เหล่านักวิจัยต่างก็ยังไม่ละทิ้งความพยายามในการพัฒนากังหันลมแนวตั้งเพราะกังหันลมแบบนี้ก็ยังมีข้อได้เปรียบที่กังหันลมแบบแกนหมุนแนวนอนไม่มี เช่น ที่ช่วงความเร็วลมต่ำบริเวณในเมืองนั้นกังหันแบบนี้จะมีประสิทธิภาพสูงกว่า รวมถึงเสียงรบกวนที่น้อยกว่าเพราะความเร็วปลายใบพัดที่ต่ำกว่า ทำให้เหมาะกับการใช้งานในเมืองหรือตามบ้านเรือนทั่วไป
กังหันลมแบบแนวตั้งนั้นเหมาะกับใช้ในเมืองเพราะขนาดเล็ก เสียงรบกวนต่ำ ผลิตไฟได้เรื่อย ๆ แม้ลมเอื่อย
โดยล่าสุดทีมนักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งสหพันธ์สวิส โลซาน ได้ตีพิมพ์งานวิจัยที่ศึกษาผลของการปรับมุมใบพัดของกังหันลมแนวตั้งแบบ H-rotor darrieus turbine เพื่อนำข้อมูลที่ได้มาใช้ปรับปรุงประสิทธิภาพของกังหันลมชนิดนี้
กังหันลมแบบ H-rotor darrieus turbine นั้นอาศัยแรงยกแบบเดียวกับในปีกเครื่องบินในการทำหน้าที่เป็นแรงหมุนให้กับตัวใบพัด
ซึ่งกังหันลมชนิดนี้อาศัยหลักการแรงยกตัวแบบเดียวกับในปีกเครื่องบินในการทำหน้าที่สร้างแรงหมุนให้กับแกนใบพัด ซึ่งเมื่อใบพัดหมุนด้วยความเร็วสูงก็จะเกิดภาวะที่เรียกว่า Stall จากกระแสลมหมุนวนแบบปั่นป่วน(Vortex) ที่ด้านหลังใบพัดทำให้แรงยกลดต่ำลงและเกิดแรงสั่นสะเทือนที่ตัวใบพัด
ด้วยชุดอุปกรณ์ของทีมนักวิจัยทำให้สามารถศึกษาถึงจุดที่เกิดอากาศหมุนวนหลังใบและแรงสั่นสะเทือนที่กระทำต่อตัวใบพัด
ด้วยชุดการทดลองปรับมุมปะทะของใบพัดกับแนวกระแสลม ทำให้ทีมนักวิจัยได้ข้อมูลตั้งต้นของผลที่เกิดขึ้นจากแรงลมปะทะเข้ากับใบพัดที่มุมต่าง ๆ ทั้งบริเวณที่เกิดอากาศหมุนวนหลังใบและแรงสั่นสะเทือนที่กระทำต่อตัวใบพัด
และด้วยข้อมูลเหล่านี้ที่ได้มาทีมนักวิจัยก็ได้นำมาเข้าแบบจำลองในคอมพิวเตอร์โดยใช้ AI ช่วยประมวลผลเพื่อประเมินผลลัพธ์จากการออกแบบใบพัดในรูปแบบต่าง ๆ เพื่อหาดูว่ารูปแบบไหนที่จะให้ประสิทธิภาพในการผลิตพลังงานออกมาและลดแรงสั่นสะเทือนได้ดีที่สุด
ผลจากการจำลองใบพัดที่มีการทำมุมต่าง ๆ กันและผลกระทบที่เกิดต่อประสิทธิภาพการดักจับพลังงานลม
ซึ่งผลจากแบบจำลองพบว่าการใช้ใบพัดแบบแยกสองส่วนที่มีการปรับมุมใบในการกินลมต่างกันเล็กน้อยนั้นสามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตพลังงานจากลมได้เพิ่มขึ้นจากแบบใบพัดชิ้นเดียวถึง 200%
แถมใบพัดแบบสองส่วนนี้ยังช่วยเพิ่มเสถียรภาพให้กับตัวกังหันลมได้อีกด้วย โดยสามารถลดแรงสั่นสะเทือนที่เกิดกับตัวกังหันลมได้ถึง 77% เลยทีเดียว
ภาพผลจากแบบจำลองเปรียบเทียบประสิทธิภาพระหว่างใบพัดแบบใบชิ้นเดียวกับใบพัดแยกสองส่วน (สีดำของใบเดี่ยวเทียบกับสีส้มของใบพัดสองส่วน)
ทั้งนี้นี่ยังเป็นเพียงผลการจำลองในคอมพิวเตอร์ ขั้นต่อไปทีมวิจัยจะทำตัวต้นแบบเพื่อทำการทดสอบใช้งานจริงในสภาพแวดล้อมจริงว่าผลจะเป็นไปตามแบบจำลองที่ประเมินไว้หรือไม่
ซึ่งถ้าเป็นไปอย่างที่แบบจำลองประเมินไว้จะทำให้กังหันลมแนวตั้งชนิดนี้สามารถมาเป็นอุปกรณ์ผลิตไฟฟ้าให้กับบ้านเรือนและอาคารต่าง ๆ ได้เพิ่มขึ้นอย่างแน่นอน เพราะด้วยจุดเด่นของกังหันลมแบบแนวตั้งนี้ที่ทั้งเล็ก เสียงเบา และผลิตไฟฟ้าได้แม้ลมไม่แรงมากนัก
ทั้งนี้ก็คงต้องรอผลทดสอบของตัวต้นแบบกันต่อไป หวังว่าจะดีอย่างที่คาดไว้จะได้เอามาติดที่บ้านช่วยผลิตไฟร่วมกับโซล่าเซลล์ ปลดแอกไฟฟ้าจากเชื้อเพลิงฟอสซิลอย่างสมบูรณ์แบบ ;)
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2024 Blockdit
