กังหันปั่นไฟฟ้าจากฝายเตี้ย
อ่าน: 8541การปั่นไฟฟ้าจากจากของไหล ไม่ว่าจะเป็นลมหรือน้ำ คือการเปลี่ยนพลังงานจลน์ของของไหลให้เป็นพลังงานกล ซึ่งนำไปเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าอีกทีหนึ่ง มีสูตรพื้นฐานคือ kWh = (1/2)(ρ)(v3)(A)(E)(H)
- ρ (rho) คือความหนาแน่นของของไหล
- v คือความเร็วของของไหล
- A คือพื้นที่หน้าตัดของเครื่องแปลงพลังงาน (กังหันปั่นไฟ)
- E คือประสิทธิภาพในการดักจับพลังงานจลน์จากการไหลของกระแสอากาศ คิดต่อหน่วยพื้นที่(ให้เป็นหน่วยเดียวกับหน่วยของ A เช่นตารางเมตร) ค่าของ E ในทางทฤษฎีจะไม่สามารถเกิน 59.3% ซึ่งเรียกว่า Betz Limit ตัว E นี้ ในอุตสาหกรรมพลังงานลมเรียกว่าสัมประสิทธิ์กำลัง (Power Coefficient)
- H คือจำนวนชั่วโมงที่ปั่นไฟได้
ในกรณีของเขื่อนที่ผลิตกระแสไฟฟ้า เราจะเห็นว่าต้องมีการสร้างเขื่อนขนาดใหญ่ ทั้งนี้ก็เพื่อเพิ่มความสูง (head) เพื่อให้น้ำไหลด้วยความเร็วที่สูง (v) ขึ้น ยิ่ง v มาก kW ก็ยิ่งสูงเพราะ kW แปรผันตาม v3
แต่การสร้างเขื่อนขนาดใหญ่ในปัจจุบันนี้ แทบเป็นไปไม่ได้เลย เพราะมีปัญหาสิ่งแวดล้อมมากมายตามการสร้างเขื่อนมาด้วย… ไฟฟ้าจำเป็น แต่ปั่นไฟจากเขื่อนขนาดใหญ่ไม่ได้ ยังมีวิธีครับ
Viktor Schauberger (1885-1958) นักประดิษฐ์ชาวออสเตรีย เป็นผู้ตั้งข้อสังเกตว่าการเก็บเกี่ยวพลังงานจากการระเบิด (explosion) นั้น ไม่มีประสิทธิภาพ ถ้าจะให้ดีแล้ว ควรใช้วิธีระเบิดเข้าข้างใน (implosion)
ด้วยเทคโนโลยีที่ยังไม่ก้าวหน้าของ 19 เขาได้ประดิษฐ์กังหันน้ำประสิทธิภาพสูง โดยแทนที่จะให้น้ำไหลออกทางหัวจ่าย (nozzle) ธรรมดา ก็ปั่นให้น้ำมีความเร็วเชิงมุมด้วย แล้วกังหันรับ(โมเมนตัมของ)น้ำ ก็บิดเป็นเกลียวรับเช่นเดียวกัน อ้างว่าแบบนี้ จะช่วยให้รับพลังงานจลน์ได้มากกว่ากังหันน้ำทั่วไปในยุคนั้นถึง 9 เท่า!
ตัวเลข 9 เท่าหรือจะเป็นเท่าไหร่(ที่มากกว่า 1)ก็ไม่สำคัญ ประเด็นคือการใช้ vortex มาสร้างความเร็วให้กระแสน้ำ เป็นวิธีการง่ายๆ ที่จะทำให้กระแสน้ำมีความเร็วสูงขึ้นเมื่อเทียบกับกังหันน้ำทั่วไปครับ
ในกรณีของน้ำแล้ว พลังงานที่ได้เป็นไปตามสูตรใน wikipedia
เมื่อ:
- P = กำลัง (J/s หรือวัตต์)
- η = ประสิทธิภาพของกังหัน
- ρ = ความหนาแน่นของน้ำ (kg/m³)
- g = ค่าคงที่ของความโน้มถ่วง (9.81 m/s²)
- h = head ความสูงของน้ำ (m). ถ้าเป็นน้ำไหล ให้บวกค่าพลังงานจลน์ของน้ำเข้าไปด้วย
= อัตราการไหลของน้ำ (m³/s)
เรื่อง implosion กับกังหันน้ำเงียบไปเกือบสองร้อยปี จนเมื่อ Franz Zotlöterer วิศวกรชาวออสเตรีย ประดิษฐ์กังหัน Zotloterer Gravitational Vortex ขึ้น อาศัยหลักการของ Implosion นำน้ำเข้าสู่บริเวณระบายน้ำในลักษณะเฉียง ให้น้ำหมุนวนเป็น vortex แล้วปล่อยน้ำออกกลางจุดหมุน ซึ่งน้ำมีความเร็วสูงสุด
น้ำหมุนที่ปล่อยผ่านออกไปตามแรงดึงดูด จะดึงให้ใบพัดกังหันหมุนตามไปด้วย เมื่อน้ำมีความเร็วสูงขึ้น ใบพัดก็จะหมุนเร็วตามกันไป
กังหันแบบนี้ ใช้ประโยชน์จากภูมิประเทศที่ไม่ราบเรียบ สร้างฝายน้ำล้นขึ้นมาปั่นพลังงาน ต้นทุนการก่อสร้างถูก และไม่ใช้เทคโนโลยีชั้นสูง (แต่ใช้ความรู้)
ฝายแบบนี้ ไม่ได้มีไว้เพื่อเก็บน้ำ แต่ปั่นไฟฟ้าจากน้ำไหล โดยไม่ต้องการความสูงแบบน้ำตก น้ำไหลเข้ามาเท่าไหร่ ก็ปล่อยออกเท่านั้น เหมาะสำหรับลำธาร คลองเล็กๆ สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของกังหันปั่นไฟจาก 20% โดยปกติ ไปเป็น 80% ได้โดยไม่เพิ่มต้นทุน ยิ่ง head สูงมาก ประสิทธิภาพก็ยิ่งสูงตามไปด้วย และเริ่มคุ้มค่าตั้งแต่มีความสูง (head) เพียง 70 ซม.เท่านั้น
ในการสร้างต้นแบบ เขาทดลองกันที่ head 1.3 เมตร มีอัตราการไหลของน้ำ 1 ลบ.ม./วินาที อ่างปั่นน้ำวนมีเส้นผ่าศูนย์กลาง 5.5 เมตร ซึ่งในปีแรก สามารถปั่นไฟฟ้าได้ 50,000 kWh (ห้าหมื่นหน่วย คือใช้ไฟฟ้าฟรีกันทั้งหมู่บ้าน) มีประสิทธิภาพ 73% — ต่ำกว่าประสิทธิภาพที่ควรจะเป็นตามการคำนวณเพราะใช้เครื่องปั่นไฟตัวเล็กเกินไปครับ
2 ความคิดเห็น
[...] อยู่ในบันทึก [กังหันปั่นไฟฟ้าจากฝายเตี้ย] เป็นการบังคับให้น้ำ [...]
[...] [กังหันปั่นไฟฟ้าจากฝายเตี้ย] [...]