“มทร.ธัญบุรี” วิจัย “กังหันลมลอยน้ำต้นแบบ” เพิ่มพลังผลิตพลังงานไฟฟ้า

คอลัมน์ “ด้วยสมองและสองมือ” ท่ามกลางพลังงานดั้งเดิมที่นับวันจะร่อยหรอลงไป พลังงานทดแทนจึงเป็นทางเลือกและเป็นทางออก ซึ่งหนึ่งในนั้นคือ พลังงงานลม นายวงศกร วิเศษสัจจา และนายเดชา อินทร์โทโล่ นักศึกษาปริญญาเอก สาขาวิชาวิศวกรรมพลังงานและวัสดุ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคล (มทร.) ธัญบุรี ได้ศึกษาวิจัยกังหันลมลอยน้ำ ต่อยอดพัฒนาเทคโนโลยีกังหันลม พลังงานทดแทน โดยมี ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.วิรชัย โรยนรินทร์ นายกสมาคมพลังงานทดแทนสู่ชุมชนแห่งประเทศไทย นักวิจัยและอาจารย์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ เป็นที่ปรึกษางานวิจัย นายวงศกร เผยว่า ด้วยข้อจำกัดของกังหันลมบนฝั่ง ไม่ว่าจะในเรื่องของพื้นที่ติดตั้ง เสียงที่ไม่พึงประสงค์ ตลอดผลกระทบทางทัศนียภาพ จากการหาข้อมูลพบว่ามีการใช้กังหันลมไม่กี่ประเทศ ฟาร์มกังหันลมลอยน้ำที่ใหญ่ที่สุด คือ ประเทศสกอตแลนด์ จึงอยากที่จะศึกษาและพัฒนาเทคโนโลยีกังหันลมลอยน้ำ ต้นแบบขึ้นมา ด้วยข้อดีของแหล่งทรัพยากรลมนอกชายฝั่งนั้นมีความเร็วลมสูงกว่า มีกระแสลมปั่นป่วนที่น้อย มีความสอดคล้องในแง่ของความการไหลเวียนของลมมากกว่า และมีความสามารถในการผลิตไฟฟ้าร้อยละ 40 เมื่อเทียบกับกังหันลมชนิดที่อยู่บนฝั่ง โดยงานศึกษาและวิจัยในครั้งนี้สามารถนำไปต่อยอดใช้ประโยชน์ในอนาคต การปั่นกระแสไฟฟ้าบนเกาะ และตามชายฝั่งทะเล ซึ่งการพัฒนากังหันลมแบบลอยน้ำ เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของกังหันลมให้ดีขึ้น แต่อย่างไรก็ตาม ปัญหาเกิดขึ้นเนื่องจากมุมเอียงจากการปะทะของลมที่ใบกังหันและโครงสร้างของทุ่นซึ่งนำไปสู่การเยื้องศูนย์ตามแนวแกนตั้งของแนวแกนกังหัน ดังนั้น พื้นที่หน้าตัดของใบกังหันและความสามารถในการดักจับพลังงานจึงลดลง งานวิจัยนี้พยายามที่จะเปรียบเทียบอิทธิพลของมุมเอียงของโรเตอร์ต่อประสิทธิภาพของกังหันลมระหว่างกังหันลมแบบเสายึดตรึง และกังหันลมแบบลอยน้ำ ซึ่งแบบจำลองที่นำมาใช้ในการทดลอง ใบพัดส่วนแพนอากาศรุ่น R1235 ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 84 ซม. ผลงานการออกแบบของ ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.วิรชัย โรยนรินทร์ นายกสมาคมพลังงานทดแทนสู่ชุมชนแห่งประเทศไทย โดยออกแบบมาเพื่อให้ทำงานในเขตภูมิประเทศความเร็วลมต่ำและทำให้เกิดแรงยกที่ใบกังหันสูงขึ้น และมีค่าเรย์โนลด์นัมเบอร์ที่ต่ำ ทดลองโดยใช้อุโมงค์ลม ณ ศูนย์บริการและวิจัยพลังงาน มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี โดยอุโมงค์ลมจะมีพัดลมแบบแรงเหวี่ยงขนาด 20,000 CFM ที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ขนาด 11 kW และอุปกรณ์ควบคุมความเร็วลมได้ ซึ่งอุโมงค์ลมมีความสูง 3 เมตร ความกว้าง4เมตรและความยาว 4.5 เมตร พร้อมช่องลมขนาด 1ม.× 1ม. ส่วนขนาดของถังเก็บน้ำ มีความสูง 0.8 เมตร ความกว้าง 1.35 เมตร และความยาว 1.4 เมตร นายวงศกรเพิ่มเติมว่า ในการวิเคราะห์และวัดค่าข้อมูลโดยใช้ anemometer วัดความเร็วลมtachometerวัดอัตราเร็วในการหมุนที่ความเร็วลมต่างๆ และ angle mete rใช้วัดมุมเอียง ใช้ความเร็วลมตั้งแต่ 2 - 5.5 เมตร/วินาที นำอัตราความเร็วในการหมุนของกังหันลมทั้งสองแบบมาเปรียบเทียบกัน พบว่าอัตราความเร็วในการหมุนของกังหันลมลอยน้ำนั้นจะต่ำกว่ากังหันแบบเสายึดติดตรึง นอกจากนี้ ผลการทดสอบ พบว่าที่มุมเอียงของโรเตอร์ตั้งแต่ 3.5° – 6.1° ยังมีการสูญเสียประสิทธิภาพของกังหันลมซึ่งจะแตกต่างกันออกไประหว่างร้อยละ 22 – 32 ที่ความเร็วลมต่างๆ โดยมุมเอียงจะมีผลกระทบต่อกังหันลมลอยน้ำอย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากมุมปะทะเกิดเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง จึงทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งที่เหมาะสมของใบพัด ซึ่งมุมปะทะในลักษณะนี้ ทำให้พื้นที่หน้าตัดของใบกังหันนั้นเปลี่ยนแปลงนำไปสู่การลดกำลังในการแปลงพลังงานของกังหันลม อย่างไรก็ตาม จากผลการทดลองในอุโมงค์ลมพบว่าการเอียงของใบกังหันลมนั้นสามารถรักษาค่าสัมประสิทธิ์พลังงานที่สูง และยังทำให้กังหันลมลอยน้ำนั้นสามารถผลิตไฟฟ้าได้มากกว่ากังหันลมบนบก แต่ยังรอผลการพิสูจน์ของผลจากการจำลองโมเดลในโปรแกรมคำนวณพลศาสตร์ของไหล ในคอมพิวเตอร์ เพื่อการเปรียบเทียบความถูกต้อง ผู้สนใจสอบถามรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่ สมาคมพลังงานทดแทนสู่ชุมชนแห่งประเทศไทย คณะวิศวกรรมศาสตร์ มทร.ธัญบุรี โทร. 0-2549-3497 ชลธิชา ศรีอุบล กองประชาสัมพันธ์ มทร.ธัญบุรี