กังหันลมที่หันผิดทาง

3 ความคิดเห็น โดย Logos เมื่อ 26 February 2010 เวลา 0:02 ในหมวดหมู่ การจัดการความรู้, พลังงาน #
อ่าน: 4960

สำหรับการวิจัยเรื่องพลังงานลมนั้น เป็นที่รู้กันโดยทั่วไปว่ากำลังไฟฟ้าที่แปลงมาจากโมเมนตัมของลม มีค่าเป็น

kWh = (1/2)(ρ)(v3)(A)(E)(H)

  • ρ (rho) คือความหนาแน่นของอากาศ ซึ่งมีค่า 1.165 kg/m3 ที่อุณหภูมิ 30°C และระดับน้ำทะเลปานกลาง
  • v คือความเร็วของกระแสอากาศ
  • 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

ρ มีค่าคงที่; A ก็คงที่เพราะขึ้นกับรูปร่างทางกายภาพของใบพัดกังหัน; H อยู่นอกเหนือการควบคุม

มีตัว E ซึ่งมีงานวิจัยอยู่พอสมควรที่จะออกแบบกังหันลมอย่างไร จึงจะแปลงโมเมนตัมของลมให้เป็นพลังงานได้มากที่สุด เช่นเรื่องการออกแบบใบพัด

แต่ตัว v นั้น เรากลับยังคิดกันในแบบธรรมดาว่าเป็นเรื่องธรรมชาติ เมืองไทยไม่(ค่อย)มีลมแรง — ที่จริงแล้ว แม้มีลมไม่แรง ก็ทำให้แรงได้นะครับ เพียงแต่ต้องเลิกคิดถึงกังหันแบบที่คุ้นเคย

อ่านต่อ »


พลังงานลม (3)

ไม่มีความคิดเห็น โดย Logos เมื่อ 4 December 2009 เวลา 0:12 ในหมวดหมู่ พลังงาน #
อ่าน: 3315

มีข้อควรระวังเกี่ยวกับพลังงานลม คือในช่วงที่ลมยังอ่อนเกินกว่าจะนำไปใช้ หรือส่วนที่แรงเกินไป/เกินความต้องการ จะต้องหาวิธีเก็บพลังงานเหล่านี้ไว้ใช้ในยามลมอ่อนแต่มีความต้องการพลังงาน โดยทั่วไปมักใช้วิธีเปลี่ยนพลังงานจลน์ของลมไปเป็นไฟฟ้า แล้วเก็บไว้ในแบตเตอรี ซึ่งคือรูปของพลังงานเคมี

แต่ก็ยังมีวิธีเก็บพลังงานไว้ใช้ในรูปอื่นอีก เช่นใช้กังหันแบบอัดอากาศ นำ “ลมส่วนเกิน” เก็บไว้ในถุงลมความดันสูง เพื่อปล่อยลมออกมาใช้ในเวลาที่ต้องการ

แต่เรื่องที่อยากเขียนในวันนี้ เป็นเรื่องของการเก็บพลังงานส่วนเกินไว้ในรูปพลังงานจลน์ (Kinetic Energy Storage) ด้วย “ฟลายวีล” ซึ่งคงเป็นที่รู้จักกันดี แต่ฟลายวีลแบบนี้ มีลักษณะพิเศษกล่าวคือ

  1. การหมุน หมุนลอยอยู่บนแม่เหล็ก (magnetic levitation) เพื่อลดแรงเสียดทานจากแบริ่ง
  2. ฟลายวีลนี้ อยู่ในภาชนะสูญญากาศ เพื่อลดแรงเสียดทานจากอากาศเมื่อหมุนด้วยความเร็วสูงมากๆ ความเร็วที่ขอบฟลายวีลอาจสูงถึง 2000 เมตร/วินาที
  3. ตัวฟลายวีล มีแม่เหล็กถาวรติดอยู่ และถ่ายเทพลังงานจากภายนอกให้ด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า ที่จัดเฟสให้ปั่นฟลายวีลให้เร็วขึ้นเรื่อยๆ
  4. เมื่อจะนำพลังงานออกมาใช้ ก็ใช้แม่เหล็กถาวรที่ติดอยู่กับฟลายวีล หมุนตัดกับขดลวด ได้พลังงานไฟฟ้าออกมา

ดูทั้งสี่ข้อแล้วรู้สึกวุ่นวายมาก ซึ่งก็จริง แต่ยังมีประโยชน์อีกอันหนึ่งซึ่งมักถูกมองข้ามไป คือฟลายวีลมีความหนาแน่นของพลังงาน (หน่วยเป็น kW/kg) สูงที่สุดในบรรดาเครื่องมือเก็บพลังงาน ไม่ว่าจะเป็นแบตเตอรี่ แท๊งก์น้ำ ถุงลม หรืออะไรก็ตาม

@ แบตเตอรี่ เหมาะกับการจ่ายไฟเกิน 1 ชั่วโมง (ถ้าจ่ายไหว) เพราะว่ามีจำนวนครั้งของการชาร์ตจำกัด

@ คาปาซิเตอร์ เหมาะกับการจ่ายไฟช่วงสั้นมาก เช่นสั้นกว่า 0.1 วินาที (รอรีเลย์สับแหล่งพลังงานอื่นมาแทน)

@ ฟลายวีล เหมาะกับระยะเวลา 1 วินาที ถึง 10 นาที; ดูเผินๆ ฟลายวีลดูเหมือนจะแพงกว่าแบตเตอรี่ แต่ถ้าคิดถึงอายุการใช้งานของแบตเตอรี่แล้ว ก็ไม่แตกต่างกัน


พลังงานลม (2)

ไม่มีความคิดเห็น โดย Logos เมื่อ 29 November 2009 เวลา 0:53 ในหมวดหมู่ พลังงาน #
อ่าน: 2685

ก่อนจะตัดสินใจติดตั้งกังหันลม จะต้องพิจารณาความเร็วลมเสียก่อน แต่ละพื้นที่ มีความเร็วลมเฉลี่ยไม่เท่ากัน

การจัดชั้นความแรงของลมตามมาตรฐานนั้น ใช้สเกลความแรงลมโบว์ฟอร์ต ซึ่งเรียกลำดับชั้นเป็นหมายเลข ดังนี้

หมายเลข
โบว์ฟอร์ต
ลักษณะ ความเร็วลม ลักษณะ
กม/ชม ไมล์/ชม เมตร/วินาที
0 ไม่มีลม < 1 < 1 < 0.3 ไม่มีลม ควันไฟลอยขึ้นตรงๆ
1 ลมสงบ 1.1 – 5.5 1 – 3 0.3 – 1.5 สังเกตได้จากควันไฟลอยเฉียงๆ
2 ลมเอื่อย 5.6 – 11 4 – 7 1.6 – 3.4 รู้สึกว่ามีลม ใบไม้เคลื่อนไหว
3 ลมอ่อนๆ 12 – 19 8 – 12 3.4 – 5.4 ใบไม้และกิ่งไม้เล็กขยับตลอดเวลา
4 ลมอ่อน 20 – 28 13 – 17 5.5 – 7.9 ฝุ่นหรือกระดาษปลิว กิ่งไม้เล็กเริ่มแกว่งได้
5 ลมสดชื่น 29 – 38 18 – 24 8.0 – 10.7 กิ่งไม้ใหญ่เริ่มแกว่งได้ ต้นไม้เล็กโยก
6 ลมแรง 39 – 49 25 – 30 10.8 – 13.8 กิ่งไม้ใหญ่เริ่มแกว่ง อาจมีเสียงหวีดของลมจากสายที่พาดอยู่ เริ่มใช้ร่มได้ลำบากขึ้น ถุงพลาสติกปลิว กระป๋องเปล่ากลิ้ง
7 ลมกรรโชก 50 – 61 31 – 38 13.9 – 17.1 ต้นไม้ใหญ่ขยับ เริ่มรู้สึกถึงแรงต้นเมื่อเดินสวนกับลม
8 พายุ (Gale, Fresh gale) 62 – 74 39 – 46 17.2 – 20.7 Some twigs broken from trees. Cars veer on road. Progress on foot is seriously impeded.
9 Strong gale 75 – 88 47 – 54 20.8 – 24.4 Some branches break off trees, and some small trees blow over. Construction/temporary signs and barricades blow over. Damage to circus tents and canopies.
10 Storm[6], Whole gale 89 – 102 55 – 63 24.5 – 28.4 Trees are broken off or uprooted, saplings bent and deformed. Poorly attached asphalt shingles and shingles in poor condition peel off roofs.
11 Violent storm 103 – 117 64 – 72 28.5 – 32.6 Widespread damage to vegetation. Many roofing surfaces are damaged; asphalt tiles that have curled up and/or fractured due to age may break away completely.
12 Hurricane-force [6] ≥ 118 ≥ 73 ≥ 32.7 Very widespread damage to vegetation. Some windows may break; mobile homes and poorly constructed sheds and barns are damaged. Debris may be hurled about.

ความแรงของลมที่น่าสนใจคือระดับ 3-6 แม้ไม่แรงนัก แต่ถ้าปั่นไฟได้สักชั่วโมงละ 200W ก็หรูแล้ว แต่ละวันได้ไฟ 2.4 kWh เอาไปสูบน้ำบาดาลด้วยมอเตอร์ 2 แรงม้าได้วันละชั่วโมงครึ่ง ซึ่งเกินพอสำหรับการอุปโภคบริโภค

แต่บริเวณที่น่าเสียดายพลังงานจากลมที่สุดคือบริเวณริมทางหลวง ซึ่งมีลมแรงตลอดเวลาที่มีรถวิ่ง แทนที่จะปั่นไฟมาใช้ กลับปล่อยทิ้งไปเฉยๆ

อ่านต่อ »


พลังงานลม (1)

ไม่มีความคิดเห็น โดย Logos เมื่อ 28 November 2009 เวลา 0:18 ในหมวดหมู่ พลังงาน #
อ่าน: 4056

พลังงานจากลมเป็นพลังงานสะอาด กล่าวคือไม่สร้างก๊าซเรือนกระจก แต่ปัญหาคือเมืองไทยไม่ได้ตั้งอยู่ในเขตที่มีลมแรง

ที่จริงแล้ว พลังงานลมคือพลังงานจลน์ของอากาศ kWh = (1/2)(ρ)(v3)(A)(E)(H)

  • ρ (rho) คือความหนาแน่นของอากาศ ซึ่งมีค่า 1.165 kg/m3 ที่อุณหภูมิ 30°C และระดับน้ำทะเลปานกลาง
  • v คือความเร็วของกระแสอากาศ
  • 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

กำลังไฟฟ้าที่ปั่นได้ ยังไงก็ไม่มีทางเกิน พลังงานจลน์ (1/2mv2) ที่เคลื่อนผ่านพื้นที่หน้าตัดของกังหันลม แต่ m = ρvA ดังนั้น W = 1/2ρv3A จะเห็นว่ากำลังไฟฟ้า แปรผันตาม v3 ดังนั้นยิ่งลมแรง ก็จะยิ่งได้กำลังไฟฟ้ามาก เรามักจะเห็นว่าผู้ใช้พลังงานลม พยายามยกกังหันลมไปไว้ในที่สุงที่สุดเท่าที่จะทำได้ด้วยเหตุผลนี้ ยิ่งสูงก็ยิ่งลมแรง ตาม Wind Profile Power Law



Main: 0.030872106552124 sec
Sidebar: 0.12464594841003 sec