อีกหนึ่งอุปกรณ์ที่หลาย ๆ คนอาจจะเคยเห็นมาบ้างอย่าง กังหันลม ที่เป็นอีกหนึ่งพลังงานสะอาด ผลิตไฟฟ้าที่ต้นทุนจะถูกกว่าโซลาร์เซลล์ ใช้ประโยชน์จาก พลังงานลม เพื่อผลิตพลังงานไฟฟ้ามากขึ้น กังหันลมผลิตไฟฟ้า ว่ามันคืออะไร? ประโยชน์ และข้อดี-ข้อเสีย เป็นอย่างไร ?
กังหันลม คือ?
กังหันลม(Wind turbine) เป็นเครื่องจักรกลชนิดหนึ่ง ที่สามารถรับพลังงานจลน์จากการเคลื่อนที่ของลม ให้เป็นพลังงานกลได้ และนำพลังงานกลมาใช้ประโยชน์โดยตรง เช่น การบดสีเมล็ดพืช การสูบน้ำ หรือในปัจจุบันใช้ผลิตเป็นพลังงานไฟฟ้า
การทำงานของกังหันลมผลิตไฟฟ้า
กังหันลมผลิตไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ในการผลิตพลังงานทดแทน ช่วยประหยัดพลังงานเสมือนกับแผงโซล่าเซลล์ กังหันลมมีหลักการที่เหมือนกับพัดลม โดยพัดลมต้องใช้ไฟฟ้า เพื่อให้หมุนทำงาน แต่สำหรับกังหันลมผลิตไฟฟ้า จะใช้ลมเป็นตัวทำให้กังหันลมหมุน เพื่อผลิตไฟฟ้าออกมา เมื่อกังหันลมหมุน จะทำให้โรเตอร์ (rotor) ด้านใน ที่ประกอบด้วย ขดลวด หมุนตัดผ่านสนามแม่เหล็กไฟฟ้า จนเหนี่ยวนำเกิดเป็นกระแสไฟฟ้าออกมาได้นั่นเอง
ชนิดของกังหันลมผลิตไฟฟ้า
กังหันลมผลิตไฟฟ้านั้น สามารถแบ่งได้เป็น 2 ชนิดหลัก คือ
- กังหันลมผลิตไฟฟ้าแกนแนวนอน
กังหันลมแนวนอน (Horizontal Axis Wind Turbine) คือ กังหันลมที่มีแกนหมุนขนานกับทิศทางของลม โดยมีใบพัดเป็นตัวตั้งฉากรับแรงลม มีอุปกรณ์ควบคุมกังหันให้หันไปตามทิศทางของกระแสลม เรียกว่า หางเสือ มีอุปกรณ์ป้องกันกังหันชำรุดเสียหายขณะเกิดลมพัดแรง และตั้งอยู่บนเสาที่แข็งแรง เช่น กังหันลมวินด์มิลล์ (Windmills)
- กังหันลมผลิตไฟฟ้าแกนแนวตั้ง
กังหันลมแนวนอน (Vertical Axis Wind Turbine) คือ กังหันลมที่มีแกนหมุน และใบพัดตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ของลมในแนวราบ สามารถรับลมในแนวราบได้ทุกทิศทาง ไม่ว่าลมจะเข้ามาทิศไหน ก็ยังหมุนได้โดยไม่ต้องมีอุปกรณ์ควบคุมให้กังหันหันหน้าเข้าหาลม สามารถวางเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และระบบการส่งกำลังไว้ใกล้พื้นดินได้มากกว่าแบบแกนนอน บำรุงรักษาได้ง่ายกว่ากังหันลมแบบแกนนอนที่ติดอยู่บนหอคอยสูงด้วย
หลักการพิจารณาบริเวณติดตั้งกังกันลมผลิตไฟฟ้า เป็นอย่างไร?
อีหนึ่งขั้นตอนสำคัญในการพิจารณาเลือกใช้กังหันลมผลิตไฟฟ้า ถ้าในบริเวณพื้นที่ต้องการติดตั้ง มีความเร็วลมต่ำ มีตึกสูงหนาแน่น หรือมีลมกระโชกแรง อาจจะไม่ใช้ทางเลือกที่ดีที่สุดในการติดตั้ง การติดตั้งกังหันลมผลิตไฟฟ้า จำเป็นต้องใช้ความเร็วลมอย่างน้อย 2.5-3 เมตร/วินาที ส่วนความเร็วลมมาตราฐานที่เหมาะสม คือ 12 เมตร/วินาที พื้นที่เหมาะสมในประเทศไทย คือ พื้นที่ใกล้เคียงแม่น้ำ พื้นที่โล่งในสวนสาธารณะ พื้นที่โรงแรมหรือรีสอร์ตบริเวณภูเขา เป็นต้น
ค่าคุณสมบัติในการเลือกซื้อกังหันลมผลิตไฟฟ้า ที่ต้องพิจารณา คือ
- อัตราพลังงานไฟฟ้าที่ผลิต (Rate Power)
- ความต่างศักย์ไฟฟ้า (Norminal Voltage)
- ความเร็วเริ่มทำงาน (Starting wind speed)
- ความเร็วยกเลิกทำงาน (Cut-in speed)
- ความเร็วลมที่เหมาะสม (Rated wind speed)
ขั้นตอนการติดตั้งกังหันลมผลิตไฟฟ้า
- เลือกสถานที่ในการติดตั้ง
ควรติดตั้งบนที่ราบ หรือที่สูง และอยู่ห่างจากสิ่งต่าง ๆ ที่กีดขวางหรือบังทิศทางลม เช่น สิ่งก่อสร้างหรือต้นไม้ เพื่อกังหันลมสามารถรับกระแสลมได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด พื้นดินในบริเวณที่ทำการติดตั้งควรมั่นคง และไม่เป็นบริเวณที่น้ำท่วมถึง น้ำไม่สามารถไหลพัดพาหน้าดินไปได้โดยง่าย หากมีความจําเป็นควรเทคอนกรีตในบริเวณฐานของเสากังหันลมและจุดที่ใช้ในการจับยึดสลิงทุกจุด
ตําแหน่งของกังหันลม และชุดควบคุมพลังงานไฟฟ้าควรจะอยู่ใกล้กันมากที่สดุ เพื่อลดการสญเสียของพลังงานไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในสายส่ง หากจำเป็นอาจควรเลือกใช้สายไฟฟ้าที่มีขนาดใหญ่กว่ามาตรฐาน เพื่อลดการสูญเสียของพลังงานไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในสายส่งให้น้อยที่สุด
- เตรียมสถานที่ในการติดตั้ง
กําหนดตำแหน่งจุดยึดสลิง โดยการรางรัศมีวงกลมบนพื้นตามคําแนะนำ ตอกเหล็กฉากจับ ยึด สําหรับกังหันลมขนาดเล็ก และสร้างฐานคอนกรีตเพื่อฝังสมอบก สําหรับกังหันลมขนาดใหญ่
- เตรียมฐานคอนกรีต และติดตั้งแผ่นเหล็กฐานเสากังหันลม
ตามตําแหน่งที่กำหนดไว้ และการติดตั้งแผ่นเหล็กฐานเสากังหันลม และสมอบก สําหรับจับยึดสลิงทํามุม 60-80 องศากับพื้นราบ
- ติดตั้งเสากังหันลมบนแผ่นเหล็กฐาน และใบพัด
การประกอบใบพัดกังหันลม เข้ากับเครื่องกําเนิดไฟฟ้า เป็นขั้นตอนที่สำคัญมาก ดังนั้น การเลือกใช้กังหันลมผลิตไฟฟ้า ควรเลือกให้เหมาะกับความเร็วของลมในแต่ละพื้นที่ หากเลือกใช้กังหันลมความเร็วลมสูง ไปใช้ในพื้นที่ความเร็วลมต่ำ กําลังไฟฟ้าที่ได้ก็จะน้อยกว่าที่ควรจะเป็น
หากเลือกใช้กังหันลมความเร็วลมต่ำ ในพื้นที่มีความเร็วลมสูง กังหันลมจะหมุนรอบสูง และทำงานหนักเกินไป การสึกหรอจะเกิดขึ้นมากกว่าปกติ ดังนั้น ในกรณีที่เลือกใช้กังหันลม ความเร็วลมต่ำ หากความเร็วลมสูงเกินกว่า 16 m/s ควรจะพับเก็บ หรือวางกังหันลมนอนในแนวราบ หากใช้กังหันลมความเร็วลมต่ำ ในพื้นที่ที่มีความเร็วลมสูงมากเกินไป อาจทําให้ใบพัดของกังหันลม แตกหักได้ง่าย
- ตั้งเสากังหันลม
- วางกังหันลมบนอุปกรณ์ค้ำยึดชั่วคราว ยึดสลิง 3 เส้น หรือ2 เส้น กรณีกังหันลมขนาดเล็ก)
- จับยึดปลายสลิง 3 เส้น หรือ2 เส้นกรณีกังหนลมขนาดเล็ก กับจุดยึดสลิงให้แน่น
- ดึงปลายสลิงด้านที่เหลือผ่าน ไม้ค้ำยัน หรือเหล็กค้ำยันช่วยแรง ซึ่งควรมีความยาวมากกว่าครึ่งหนึ่งของความสูงของเสากังหันลม
- ดึงสลิงเพื่อตั้งเสากังหันลมขึ้น โดยเครื่องทุ่นแรง หรือรอก
- ตรวจเช็ค และปรับแต่งเสากังหันลมให้ได้ฉากกับระดับน้ำ ก่อนยึดให้แน่นทุก ๆ ด้าน
- การเชื่อมต่อระบบไฟฟ้า
ควรระวังตรวจสอบขั้วบวก (สีแดง) ขั้วลบ (สีดำ) ก่อนการเชื่อมต่อทุกครั้ง การต่อผิด อาจทำอุปกรณ์เสียหายได้
ประโยชน์กังหันลมผลิตไฟฟ้า
- กังหันลมผลิตไฟฟ้าใช้ต่อตรงกับอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ เช่น ปั๊มน้ำ พัดลมระบายอากาศ ซึ่งระบบนี้จะผลิตไฟฟ้าได้ก็ต่อเมื่อกังหันลมหมุนทำงานเท่านั้น
- กังหันลมผลิตไฟฟ้าร่วมกับแผงโซล่าเซลล์ สามารถติดตั้งร่วมกับแผงโซล่าเซลล์เพื่อใช้ในการผลิตไฟฟ้าได้ เช่น โคมไฟถนน
- กังหันลมผลิตไฟฟ้าร่วมกับแบตเตอรี่ สามารถผลิตไฟฟ้าเพื่อใช้ในเวลากลางคืน ตั้งเวลาทำงาน หรือต้องการไฟฟ้าในยามฉุกเฉิน
ข้อดี-ข้อเสียของ กังหันลมผลิตไฟฟ้า
ข้อดี
- พลังงานลม ไม่มีค่าใช้จ่ายในด้านการจัดหาพลังงาน
- ไม่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
- หากตั้งอยู่ในพื้นที่ที่มีศักยภาพ สามารถป้อนกระแสไฟฟ้าให้กับชุมชนได้โดยตรง โดยไม่ต้องเสียค่าเดินสายไฟฟ้าจากแหล่งผลิต
ข้อเสีย
- ผลต่อทัศนียภาพ เนื่องจากต้องใช้กังหันขนาดใหญ่ อาจบดบังส่วนต่าง ๆ ของพื้นที่ได้
- เกิดมลภาวะทางเสียง เมื่อใบพัดขนาดใหญ่ทำงาน จะเกิดเสียงดังมากรบกวนผู้อยู่ใกล้เคียง
- รบกวนคลื่นวิทยุ เพราะใบพัดส่วนใหญ่ ทำจากโลหะ เมื่อหมุนทำให้เกิดการรบกวนคลื่นวิทยุ และโทรทัศน์ในระยะ 1-2 กิโลเมตร
- กระทบต่อระบบนิเวศ เมื่อติดตั้งกังหันลมขนาดใหญ่ อาจทำให้สิ่งมีชีวิตใกล้เคียงอพยพไปอยู่ที่อื่น
- ไม่สามารถควบคุมความสม่ำเสมอของพลังงานได้