กังหันลมแนวตั้ง

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

ในขณะที่มีวิธีการผลิตพลังงานขั้นสูงอีกมากมายในปัจจุบัน แต่กังหันลมเคยถูกใช้แทบทุกที่ แน่นอนว่ายังใช้อยู่ในปัจจุบัน แต่จำนวนลดลงอย่างมาก เพื่อให้เข้าใจว่าลมทำงานอย่างไร สิ่งสำคัญคือต้องรู้ว่าลมเป็นพลังงานแสงอาทิตย์รูปแบบหนึ่ง

คำอธิบายทั่วไป

กังหันลมทำงานโดยใช้กระแสลม แต่ทำไมลมถึงสามารถผลิตไฟฟ้าได้? ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเนื่องจากการที่ชั้นบรรยากาศของโลกมีความร้อนไม่สม่ำเสมอ โครงสร้างพื้นผิวของดาวเคราะห์ไม่ปกติ และเนื่องจากโลกหมุนด้วย กังหันลมหรือเครื่องกำเนิดลมสามารถแปลงพลังงานจลน์ของลมเป็นพลังงานกล ซึ่งสามารถนำไปใช้งานอื่นๆ ในภายหลังได้

อุปกรณ์เหล่านี้ผลิตไฟฟ้าโดยใช้ลมธรรมดาได้อย่างไร? อันที่จริงทุกอย่างค่อนข้างง่าย หลักการทำงานของกังหันนั้นตรงกันข้ามกับการทำงานของพัดลม ภายใต้อิทธิพลของแรงลม ใบพัดของกังหันลมจะหมุน ซึ่งทำให้เพลาที่เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าผลิตกระแสไฟฟ้าให้หมุนได้

ประเภทกังหัน

กังหันมีหลายประเภท วิศวกรแยกแยะสองหมวดหมู่หลักที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน ประเภทแรกเป็นแนวแกนนอน และประเภทที่สองเป็นแนวดิ่ง-แนวแกน กังหันลมประเภทแรกมีการออกแบบทั่วไป ซึ่งประกอบด้วยใบพัดสองหรือสามใบ หน่วยที่มีใบมีดสามใบทำงานบนหลักการ "ต้านลม" องค์ประกอบต่างๆ ถูกตั้งค่าเพื่อให้มองไปยังสายลม

หนึ่งในกังหันที่ใหญ่ที่สุดในโลกคือ GE Wind Energy กำลังของอุปกรณ์นี้คือ 3.6 เมกะวัตต์ เป็นที่น่าสังเกตว่ายิ่งกังหันยิ่งใหญ่เท่าไหร่ก็ยิ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้นเท่านั้น นอกจากนี้ อัตราส่วนผลประโยชน์ต่อราคายังเพิ่มขึ้นด้วยขนาดของผลรวม

ยอดรวมกังหัน

ตัวบ่งชี้แรกที่อุปกรณ์ถูกเลือกคือกำลัง หากเราใช้กังหัน "บริการ" พลังงานของพวกมันสามารถเริ่มต้นที่ 100 kW และสูงถึงหลาย MW สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือ กังหันลมทั้งแนวตั้งและแนวนอนสามารถจัดกลุ่มเข้าด้วยกันได้ กลุ่มดังกล่าวมักเรียกว่าฟาร์มกังหันลม จุดประสงค์ของไซต์ดังกล่าวคือการขายส่งไฟฟ้าไปยังวัตถุที่ต้องการ

ถ้าพูดถึงกังหันเดี่ยวขนาดเล็กที่มีกำลังไฟฟ้าน้อยกว่า 100 กิโลวัตต์ ส่วนใหญ่จะใช้เพื่อจ่ายไฟฟ้าให้กับบ้านส่วนตัว เสาอากาศโทรคมนาคม หรือเพื่อจ่ายพลังงานให้กับปั๊มถ่ายเทน้ำ ควรสังเกตว่ากังหันขนาดเล็กสามารถใช้ร่วมกับเครื่องยนต์ดีเซลได้เครื่องกำเนิดไฟฟ้า แบตเตอรี่ หรือแผงโซลาร์เซลล์ ระบบดังกล่าวเรียกว่าระบบไฮบริด ใช้ในสถานที่ที่ไม่สามารถเชื่อมต่อกับเครือข่ายไฟฟ้าได้

ข้อดีของกังหันแนวตั้ง

ปัจจุบันอุปกรณ์ประเภทแนวตั้งนิยมใช้กันมากขึ้น นี่เป็นเหตุผลที่สมเหตุสมผลว่าประเภทแนวตั้งมีข้อดีเหนือประเภทแนวนอน

บนเสาประเภทแนวตั้ง โหลดจะทำงานได้เท่าเทียมกันมากขึ้น ซึ่งทำให้ง่ายต่อการสร้างโครงสร้างที่ใหญ่ขึ้นในแง่ของขนาด นอกจากนี้ ในการติดตั้งโรเตอร์บนเทอร์ไบน์ประเภทนี้ ไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์เพิ่มเติม ข้อได้เปรียบที่สำคัญที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงานคือใบพัดของกังหันแนวตั้งสามารถบิดเป็นเกลียวได้ สิ่งนี้สำคัญมาก เพราะในกรณีนี้ พลังงานลมจะส่งผลต่อทั้งทางเข้าและทางออก ซึ่งแน่นอนว่าช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการติดตั้งได้แน่นอน

ข้อดีที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของกังหันแนวตั้งคือเมื่อติดตั้งแล้ว ไม่จำเป็นต้องปรับแกนให้เข้ากับกระแสลม อุปกรณ์ประเภทนี้จะทำงานด้วยกระแสลมที่พัดมาจากด้านใดด้านหนึ่ง

กังหันลมโบโลตอฟ

เครื่องนี้โดดเด่นกว่าอุปกรณ์อื่นๆ สำหรับการทำงานปกติของกังหัน ไม่จำเป็นต้องปรับให้เข้ากับสภาพอากาศต่างๆ ส่วนประกอบพลังงานลมของการออกแบบนี้สามารถรับรู้ลมจากด้านใดก็ได้โดยไม่ต้องมีการดำเนินการตั้งค่า นอกจากนี้ สถานีประเภทนี้ไม่ต้องการให้หอคอยหมุนเมื่อทิศทางลมเปลี่ยนแปลง ข้อดีอีกประการของกังหันลมแนวตั้ง (VAWT - โรงไฟฟ้าพลังงานลมพร้อมเพลาเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในแนวตั้ง) คือมีการออกแบบพิเศษที่ช่วยให้คุณทำงานกับกระแสลมของพลังงานใดก็ได้ สามารถใช้งานได้แม้ในช่วงที่มีพายุ สามารถเลือกจำนวนโมดูลการติดตั้งได้ กำลังขับของกังหันจะขึ้นอยู่กับจำนวน กล่าวคือโดยการเปลี่ยนจำนวนโมดูลคุณสามารถเปลี่ยนพลังของหน่วยได้ซึ่งสะดวกมาก ข้อดีอีกประการหนึ่งคือองค์ประกอบของแรงลมถูกประกอบเข้าด้วยกันเพื่อให้แปลงพลังงานจลน์เป็นพลังงานกลได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ขนาดของกังหันลม Biryukov และ Blinov

อุปกรณ์นี้มีโรเตอร์สองชั้นขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.75 ม. ความสูงขององค์ประกอบนี้คือ 2 ม. ภายใต้การกระทำของลมที่สดชื่นโรเตอร์ดังกล่าวสามารถหมุนโรเตอร์แบบอะซิงโครนัสได้อย่างสมบูรณ์ เพลาที่มีกำลังสูงถึง 1.2 กิโลวัตต์ กังหันสามารถทนต่อแรงลมได้ถึง 30 เมตร/วินาทีโดยไม่เกิดความผิดพลาด

คุ้มค่าที่จะพูดถึงว่าทำไมกังหันลมจึงถือเป็นความสำเร็จของนักวิทยาศาสตร์สองคน ประเด็นก็คือในยุค 60s ในสหภาพโซเวียตนักวิทยาศาสตร์ Biryukov ได้จดสิทธิบัตรเครื่องกำเนิดลมแบบหมุนด้วย KIEV 46% อย่างไรก็ตาม ในเวลาต่อมา วิศวกร Blinov สามารถใช้การออกแบบเดียวกันได้ แต่มีตัวบ่งชี้ที่ 58% KIEV

กังหันประเภทไฮเปอร์โบลอยด์

กังหันลมประเภทไฮเปอร์โบลอยด์มีพื้นฐานมาจากแนวคิดของวิศวกรอย่าง Shukhov Vladimir Grigoryevich

คุณสมบัติของกังหันประเภทนี้ ได้แก่ ความจริงที่ว่ามันมีพื้นที่ทำงานที่ใหญ่กว่าของกระแสลม หากเราเปรียบเทียบตัวบ่งชี้นี้กับอุปกรณ์ประเภทอื่น ประเภทไฮเปอร์โบลอยด์จะแสดงผลลัพธ์ที่ดีขึ้น 7-8% หากเรานับจากพื้นที่กวาด ตัวบ่งชี้นี้ใช้ได้สำหรับประเภทที่พื้นที่ทำงานของกระแสลมหายไป หากเราเปรียบเทียบประเภทนี้ เช่น กับกังหัน Darrieus และ Savonius จะมีความแตกต่างกัน 40-45%

คุณสมบัติพิเศษของยูนิตประเภทนี้ยังรวมถึงความจริงที่ว่าพวกเขาสามารถทำงานกับกระแสลมที่สูงขึ้นได้ จะมีประโยชน์มากหากคุณติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้าใกล้ทะเลสาบ หนองบึง เนินเขา ฯลฯ

ข้อดีของกังหันดังกล่าวรวมถึงเส้นสัมผัสของชั้นอากาศที่ทำงานอยู่ซึ่งล้างไฮเปอร์โบลอยด์จะยาวกว่าท่อแบบเดียวกันที่หมุนเหมือนเครื่องกำเนิดลมแบบหมุน 1.6 เท่า โดยธรรมชาติแล้ว สรุปได้ว่าประสิทธิภาพจะมากขึ้นในปริมาณที่เท่ากัน

ข้อบกพร่อง

แม้จะมีข้อดีและคุณสมบัติมากมายของกังหันเหล่านี้ แต่ก็มีข้อเสียอยู่บ้าง

ปัจจัยลบ ได้แก่ ข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่อใบพัดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมุนต้านกระแสลม เครื่องกำเนิดไฟฟ้าประเภทนี้จะเกิดความสูญเสียอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพในการทำงานลดลงประมาณครึ่งหนึ่งตัวบ่งชี้ที่ลดลงจะเห็นได้ชัดเจนมากหากเราเปรียบเทียบกังหันแนวตั้งกับกังหันแนวนอน ซึ่งไม่มีการสูญเสียดังกล่าว

ข้อเสียอีกอย่างคือกังหันลมแนวตั้งต้องยาวมาก หากคุณวางไว้ใกล้พื้นซึ่งมีความเร็วลมต่ำกว่าที่ระดับความสูงมาก อาจมีปัญหาในการสตาร์ทโรเตอร์ ซึ่งจำเป็นต้องกดเพื่อเริ่มทำงาน โดยตัวมันเองไม่ได้เริ่มต้นเลย คุณสามารถติดตั้งเสาพิเศษเพื่อยกใบมีดให้สูงขึ้นได้ แต่ส่วนล่างของโรเตอร์จะยังต่ำเกินไป

ข้อเสียอื่นๆ ได้แก่ น้ำแข็งย้อยบนใบพัดกังหันลมในฤดูหนาว นอกจากนี้ยังควรสังเกตเสียงรบกวนจำนวนมากที่กังหันปล่อยออกมาระหว่างการทำงาน การติดตั้งบางส่วนสามารถผลิตอินฟราซาวน์ที่เป็นอันตรายได้ในระหว่างการทำงาน มันทำให้เกิดการสั่นสะเทือน ซึ่งอาจทำให้กระจก หน้าต่าง จานสั่นสะเทือน

ความสนุก: กังหันลมของ RimWorld ถูกใช้เป็นแหล่งพลังงาน