กังหันลมทำงานอย่างไร

Send

บางทีคุณอาจเห็นพวกเขาขณะขับรถผ่านชนบท หรือบางทีคุณอาจเห็นพวกเขาอยู่นอกชายฝั่งมีใบมีดหมุนขนาดใหญ่บนขอบฟ้า จากนั้นอีกครั้งคุณอาจเห็นพวกเขาอยู่บนหลังคาของใครบางคนหรือเป็นส่วนหนึ่งของการดำเนินการในเมืองขนาดเล็ก โดยไม่คำนึงถึงสถานที่ตั้งกังหันลมและพลังงานลมกำลังกลายเป็นคุณสมบัติที่ใช้กันทั่วไปมากขึ้นในโลกสมัยใหม่

สิ่งเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศมลพิษทางอากาศและความปรารถนาที่จะหย่านมมนุษยชาติจากการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิล และเมื่อพูดถึงพลังงานทางเลือกและพลังงานหมุนเวียนพลังงานลมคาดว่าจะครองส่วนแบ่งการตลาดที่ใหญ่เป็นอันดับสองในอนาคต (หลังจากแสงอาทิตย์) แต่กังหันลมทำงานอย่างไร

รายละเอียด:

กังหันลมเป็นอุปกรณ์ที่เปลี่ยนพลังงานจลน์ของลมและการเปลี่ยนแปลงของการไหลของอากาศเป็นพลังงานไฟฟ้า โดยทั่วไปแล้วประกอบด้วยส่วนประกอบต่อไปนี้: โรเตอร์เครื่องกำเนิดและส่วนประกอบรองรับโครงสร้าง (ซึ่งสามารถอยู่ในรูปแบบของหอคอยกลไกการหันเหของโรเตอร์หรือทั้งสองอย่าง)

โรเตอร์ประกอบด้วยใบมีดที่จับพลังงานของลมและเพลาซึ่งแปลงพลังงานลมเป็นพลังงานการหมุนด้วยความเร็วต่ำ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า - ซึ่งเชื่อมต่อกับเพลา - แปลงการหมุนช้าๆให้สูงเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยใช้ชุดของแม่เหล็กและตัวนำ (ซึ่งมักจะประกอบด้วยลวดทองแดงขด)

เมื่อแม่เหล็กหมุนไปรอบ ๆ ด้วยลวดทองแดงมันจะสร้างความต่างศักย์ไฟฟ้าสร้างแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า สุดท้ายมีองค์ประกอบรองรับโครงสร้างซึ่งทำให้แน่ใจได้ว่ากังหันยืนที่ระดับสูงพอที่จะรับการเปลี่ยนแปลงแรงดันลมได้อย่างเหมาะสมและ / หรือหันหน้าไปตามทิศทางการไหลของลม

ประเภทของกังหันลม:

ปัจจุบันกังหันลมมีสองประเภทหลักคือกังหันลมแกนนอน (HAWT) และกังหันลมแกนตั้ง (VAWT) ตามชื่อจะหมายถึงกังหันลมแนวนอนมีเพลาใบพัดหลักและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ด้านบนของหอกับใบมีดที่ชี้ไปที่ลม กังหันมักจะอยู่ในตำแหน่งเหนือลมของหอคอยที่รองรับเนื่องจากหอคอยมีแนวโน้มที่จะสร้างความปั่นป่วนด้านหลัง

กังหันแกนตั้งในแนวดิ่ง (อีกครั้งตามที่ชื่อบอกเป็นนัย) มีเพลาใบพัดหลักเรียงตามแนวตั้ง โดยทั่วไปแล้วสิ่งเหล่านี้มีขนาดเล็กกว่าในธรรมชาติและไม่จำเป็นต้องชี้ไปในทิศทางของลมเพื่อหมุน พวกเขาจึงสามารถใช้ประโยชน์จากลมที่แปรปรวนในทิศทาง

โดยทั่วไปกังหันลมแกนนอนถือว่ามีประสิทธิภาพมากขึ้นและสามารถผลิตพลังงานได้มากขึ้น ในขณะที่รุ่นแนวตั้งสร้างกระแสไฟฟ้าน้อยลงมันสามารถวางไว้ที่ระดับความสูงต่ำและต้องการน้อยในทางของส่วนประกอบ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งกลไกหันเห) กังหันลมยังสามารถแบ่งออกเป็นสามกลุ่มทั่วไปตามการออกแบบซึ่งรวมถึงแบบจำลอง Towered, Savonius และ Darrieus

ตัวแบบตั้งตระหง่านเป็นรูปแบบธรรมดาที่สุดของ HAWT ซึ่งประกอบไปด้วยหอคอย (ตามชื่อที่แนะนำ) และชุดใบมีดยาวที่อยู่ข้างหน้า (และขนานกับ) หอคอย Savonis เป็นรุ่น VAWT ที่อาศัยดาบโค้ง (scoops) เพื่อจับลมและสปิน โดยทั่วไปจะมีประสิทธิภาพต่ำ แต่มีประโยชน์ในการเริ่มต้นด้วยตนเอง กังหันประเภทนี้มักเป็นส่วนหนึ่งของปฏิบัติการลมบนหลังคาหรือติดตั้งบนเรือเดินทะเล

แบบจำลอง Darrieus หรือที่เรียกว่ากังหัน“ Eggbeater” ได้รับการตั้งชื่อตามนักประดิษฐ์ชาวฝรั่งเศสผู้บุกเบิกการออกแบบ - Georges Darrieus รุ่น VAWT นี้ใช้ชุดใบมีดแนวตั้งที่ขนานกันกับแนวรองรับ โดยทั่วไปจะมีประสิทธิภาพต่ำต้องใช้ใบพัดเพิ่มเติมในการเริ่มหมุนผลิตแรงบิดสูงและวางแรงสูงบนหอคอย ดังนั้นพวกเขาจะถือว่าไม่น่าเชื่อถือเป็นแบบไป

ประวัติศาสตร์การพัฒนา:

พลังงานลมถูกใช้มานานนับพันปีเพื่อผลักดันเรือใบกังหันลมหรือสร้างแรงดันให้กับปั๊มน้ำ ตัวอย่างที่รู้จักกันเร็วที่สุดมาจากเอเชียกลางที่กังหันลมที่ใช้ในเปอร์เซียโบราณ (อิหร่าน) มีวันที่ระหว่าง 500 - 900 CE เทคโนโลยีเริ่มปรากฏในยุโรปในช่วงยุคกลางและกลายเป็นคุณลักษณะทั่วไปของศตวรรษที่ 16

ในศตวรรษที่ 19 ด้วยการพัฒนาพลังงานไฟฟ้ากังหันลมเครื่องแรกที่สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ถูกสร้างขึ้น ครั้งแรกได้รับการติดตั้งในปี 1887 โดย James Blyth นักวิชาการชาวสก็อตเพื่อเปิดบ้านพักตากอากาศใน Marykirk ประเทศสกอตแลนด์ ในปี 1888 นักประดิษฐ์ชาวอเมริกัน Charles F. Brush ได้สร้างกังหันลมอัตโนมัติเครื่องแรกเพื่อใช้ในบ้านของเขาใน Cleveland, Ohio

ในต้นศตวรรษที่ 20 กังหันลมเริ่มกลายเป็นวิธีการทั่วไปของการเปิดบ้านในพื้นที่ห่างไกล (เช่นสุดสายตา) ในปี 1941 กังหันลมระดับเมกะวัตต์แรกได้รับการติดตั้งในเวอร์มอนต์และยึดติดกับโครงข่ายไฟฟ้าท้องถิ่น ในปีพ. ศ. 2494 สหราชอาณาจักรได้ติดตั้งกังหันลมที่เชื่อมต่อกับระบบสาธารณูปโภคเป็นแห่งแรกในหมู่เกาะ Orkney

ในทศวรรษที่ 1970 การวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีกังหันลมก้าวหน้าขึ้นอย่างมากเนื่องจากวิกฤตการณ์โอเปกและการประท้วงต่อต้านพลังงานนิวเคลียร์ ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมาสมาคมและนักวิ่งเต้นที่อุทิศตนเพื่อพลังงานทางเลือกเริ่มปรากฏในประเทศในยุโรปตะวันตกและสหรัฐอเมริกา ภายในทศวรรษสุดท้ายของศตวรรษที่ 20 ความพยายามคล้าย ๆ กันเกิดขึ้นในอินเดียและจีนเนื่องจากมลพิษทางอากาศที่เพิ่มขึ้นและความต้องการพลังงานสะอาดที่เพิ่มขึ้น

พลังงานลม:

เมื่อเทียบกับพลังงานทดแทนรูปแบบอื่น ๆ แล้วพลังงานลมถือว่ามีความน่าเชื่อถือและมั่นคงเนื่องจากลมมีความสม่ำเสมอทุกปีและไม่ลดลงในช่วงที่มีความต้องการพลังงานไฟฟ้า เริ่มแรกการก่อสร้างฟาร์มกังหันลมเป็นการลงทุนที่คุ้มค่า แต่ด้วยการปรับปรุงล่าสุดพลังงานลมเริ่มกำหนดราคาสูงสุดในตลาดขายส่งพลังงานทั่วโลกและลดรายได้และผลกำไรของอุตสาหกรรมเชื้อเพลิงฟอสซิล

จากรายงานของกระทรวงพลังงานในเดือนมีนาคมปี 2015 การเติบโตของพลังงานลมในสหรัฐอเมริกาสามารถนำไปสู่งานที่มีทักษะสูงมากขึ้นในหลายประเภท ชื่อเรื่อง“ Wind Vision: ยุคใหม่สำหรับพลังงานลมในสหรัฐอเมริกา” เอกสารระบุว่าภายในปี 2050 อุตสาหกรรมสามารถคิดเป็นสัดส่วนมากถึง 35% ของการผลิตไฟฟ้าของสหรัฐอเมริกา

นอกจากนี้ในปี 2557 สภาพลังงานลมทั่วโลกและกรีนพีซอินเตอร์เนชั่นแนลได้รวมตัวกันเพื่อจัดทำรายงานหัวข้อ“ Global Wind Energy Outlook 2014” รายงานนี้ระบุว่าทั่วโลกพลังงานลมสามารถผลิตพลังงานไฟฟ้าได้มากถึง 25 ถึง 30% ภายในปี 2593 ในขณะที่มีการเขียนรายงานการติดตั้งเชิงพาณิชย์ในกว่า 90 ประเทศมีความจุรวม 318 กิกะวัตต์ (GW) ประมาณ 3.1% ของอุปทานทั่วโลก

นี่แสดงให้เห็นว่าอัตราการรับเลี้ยงบุตรบุญธรรมเพิ่มขึ้นเกือบสิบหกเท่าตั้งแต่ปี 2000 เมื่อพลังงานลมคิดเป็นน้อยกว่า 0.2% อีกวิธีหนึ่งในการดูว่าจะพูดว่าส่วนแบ่งการตลาดของพลังงานลมเพิ่มเป็นสองเท่าในเวลาน้อยกว่า 15 ปี สถานที่แห่งนี้เป็นที่สองรองจากพลังงานแสงอาทิตย์ซึ่งเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าในช่วงเวลาเดียวกัน แต่ยังคงเป็นเส้นทางลมในแง่ของส่วนแบ่งการตลาดโดยรวม (ประมาณ 1% ภายในปี 2014)

ในแง่ของข้อเสียของมันปัญหาที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องคือกังหันลมที่มีผลกระทบต่อสัตว์ป่าในท้องถิ่นและการรบกวนที่พวกเขามีต่อภูมิทัศน์ท้องถิ่น อย่างไรก็ตามความกังวลเหล่านี้มักถูกแสดงให้เห็นว่ามีการขยายตัวโดยกลุ่มผลประโยชน์พิเศษและนักวิ่งเต้นที่พยายามทำลายชื่อเสียงของพลังงานลมและแหล่งพลังงานหมุนเวียนอื่น ๆ

ตัวอย่างเช่นการศึกษาปี 2009 ที่ออกโดยห้องปฏิบัติการพลังงานทดแทนแห่งชาติระบุว่าน้อยกว่า 1 เอเคอร์ต่อเมกะวัตต์ถูกรบกวนอย่างถาวรจากการก่อสร้างฟาร์มกังหันลมขนาดใหญ่และน้อยกว่า 3.5 เอเคอร์ต่อเมกะวัตต์ถูกรบกวนชั่วคราว การศึกษาเดียวกันสรุปว่าผลกระทบค่อนข้างต่ำต่อสัตว์ป่านกและค้างคาวและข้อสรุปเดียวกันนี้ยังคงเป็นจริงสำหรับแพลตฟอร์มนอกชายฝั่ง

ทั่วโลกรัฐบาลและชุมชนท้องถิ่นกำลังมองหาพลังงานลมเพื่อตอบสนองความต้องการพลังงานของพวกเขา ในยุคที่ราคาน้ำมันพุ่งสูงขึ้นความกังวลเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและการปรับปรุงเทคโนโลยีจึงแทบไม่น่าแปลกใจเลย ที่อัตราการยอมรับปัจจุบันมีแนวโน้มว่าจะเป็นหนึ่งในแหล่งพลังงานที่ใหญ่ที่สุดในช่วงกลางศตวรรษที่

และอย่าลืมเพลิดเพลินกับวิดีโอนี้เกี่ยวกับกังหันลมซึ่งได้รับความอนุเคราะห์จากศูนย์วิจัย Lewis ของ NASA:

เราได้เขียนบทความที่น่าสนใจมากมายเกี่ยวกับกังหันลมและพลังงานลมที่นิตยสารอวกาศ นี่คือพลังงานทางเลือกคืออะไร, เชื้อเพลิงฟอสซิลคืออะไร, อะไรคือพลังงานทดแทนประเภทต่าง ๆ , พลังงานลมบนมหาสมุทร (ด้วยความช่วยเหลือจากอวกาศ), และโลกสามารถใช้พลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมได้หรือไม่

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมโปรดดูบทความของ How Stuff Works เกี่ยวกับประวัติและกลไกของพลังงานลมและหน้า Greenspace ของ NASA

นักดาราศาสตร์ก็มีบางตอนที่เกี่ยวข้องกับเรื่อง นี่คือตอนที่ 51: Earth และตอนที่ 308: การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

แหล่งที่มา: