รูปแบบเทคโนโลยีกังหันลม
               กังหันลมสามารถแบ่งออกตามลักษณะการจัดวางแกนของใบพัดได้   2  รูปแบบ  คือ
        1. กังหันลมแนวแกนตั้ง (Vertical Axis Turbine (VAWT))   กังหันลมแนวแกนตั้ง เป็นกังหันลมที่มีแกนหมุนและใบพัดตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ของลมในแนวราบ   ซึ่งทำให้สามารถรับลมในแนวราบได้ทุกทิศทาง  มีเพียง 2 แบบ คือ  กังหันลมแดร์เรียส (Darrieus)  ซึ่งประดิษฐ์ขึ้นครั้งแรกในประเทศฝรั่งเศส   

 

 

และกังหันลมซาโวเนียส (Savonius)  ซึ่งประดิษฐ์ขึ้นครั้งแรกในประเทศฟินแลนด์ กังหันลมแบบแกนตั้งมี กังหันลมแนวคิดใหม่ที่สร้างใบพัดให้รับลมในแนว  Vertical    เหมาะกับการใช้งานในพื้นที่ที่มีลมแรงมากๆ  เช่น บริเวณชายทะเล เป็นต้น   เนื่องจากการรับลมในแนว  Vertical   จึงทำให้ไม่จำเป็นที่จะต้องระวังเรื่องของความเสียหายมากนัก และยังไม่ต้องการการดูแลบำรุงรักษามากอีกด้วย   เหมาะสำหรับการนำในไปประยุกต์ใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าจากพลังงานลม  โดยใช้รอบการทำงานประมาณ 100 - 300 รอบต่อนาที ประสิทธิภาพในการเปลี่ยนพลังงานต่ำ  มีข้อจำกัดในการขยายให้มีขนาดใหญ่และการยกชุดใบพัดเพื่อรับแรงลม การพัฒนาจึงอยู่ในวงจำกัดและมีความไม่ต่อเนื่อง ปัจจุบันมีการใช้งานกังหันลมแบบแกนตั้งน้อย  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       

 

                                                                                                                                                      

 

              กังหันลมแดร์เรียส (Darrieus)                                 กังหันลมซาโวเนียส (Savonius)

 

                                   รูปที่ 5   กังหันลมแนวแกนตั้ง (Vertical Axis Turbine (VAWT))  

      

 

 

 

กังหันลมแบบดาร์เรียสนั้น  ถึงแม้ว่าจะมีความเร็วรอบในการหมุนสูง    แต่ในควาเป็น

จริงแล้วไม่สามารถหมุนได้ด้วยตัวของมันเอง         เพราะตามรูปร่างของตัวกังหันทำให้มีการสตาร์ทของทอร์กต่ำ    แต่จะมีการติดตั้งระบบฉุดกังหันลมแทนทำให้ตัวกังหันลมเริ่มหมุนในตอนแรกก่อนจนกระทั้งได้ความเร็วรอบที่กังหันจะสามารถหมุนเองได้แล้วจึงค่อยปลดระบบเริ่มหมุนออก    โดยระบบเริ่มหมุนนี้จะประกอบไปด้วยตัวมอเตอร์ กับชุดส่งกำลัง           เพื่อถ่ายทอดกำลังการหมุนไปยังเพลาของตัวกังหัน      หรืออีกวิธีหนึ่งคือ ใช้กังหันลมแบบ Savonius มาช่วยในการ Start เพื่อทำให้ความเร็วปลายใบของกังหันแบบดาร์เรียสเกิน  1  ขึ้นไปจึงจะใช้งานได้  ซึ่งกังหันแบบซาโวเนียสนี้จะสามารถหมุนได้ด้วยตัวมันเอง 

 

       2. กังหันลมแนวแกนนอน (Horizontal Axis Turbine (HAWT))    กังหันลมแนวแกนนอน  เป็นกังหันลมที่มีแกนหมุนขนานกับทิศทางของลมโดยมีใบพัดเป็นตัวตั้งฉากรับแรงลม ได้แก่   กังหันลมวินด์มิลล์ (Windmills)    กังหันลมใบเสื่อลำแพน    กังหันลมชนิดหลายใบพัดสำหรับสูบน้ำ     กังหันลมชนิด   2, 3, 4 หรือ 6 ใบพัด  สำหรับผลิตกระแสไฟฟ้า   ซึ่งกังหันลมผลิตไฟฟ้าชนิด    3  ใบพัดได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่องและมีการใช้งานมากที่สุดในปัจจุบันเนื่องจากมีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนพลังงานสูง

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                        

 

 

 

 

 

 

             

 

                              รูปที่ 6  กังหันลมแนวแกนนอน (Horizontal Axis Turbine (HAWT)) 

 

 

 

 

ส่วนประกอบของระบบกังหันลม   

1.      ชุดกังหันลม                                         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                        

                                                 รูปที่ 7  ส่วนประกอบของชุดกังหันลม

 

           1.1 ใบกังหัน (Blades)   ใบกังหันนับว่าเป็นส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดซึ่งเป็นตัวทำให้เกิดพลังงานกลที่เพลาของกังหัน จำนวนใบกังหันอาจมีตั้งแต่หนึ่งถึงหลายสิบใบ    กังหันที่มีจำนวนใบมากส่วนใหญ่จะใช้กับงานที่ต้องการแรงบิด (Torque) สูง    ในทางตรงข้ามกังหันที่มีจำนวนใบน้อยส่วนใหญ่ใช้กับงานที่ต้องการความเร็วรอบสูง    เช่น   การผลิตไฟฟ้า รูปหน้าตัดของใบกังหันอาจมีตั้งแต่ลักษณะแพนอากาศ (Airfoil) หรือลักษณะคล้ายปีกเครื่องบินเป็นแผ่นโค้ง     และเป็นแผ่นราบตรง วัสดุที่ใช้ทำใบกังหันควรจะเป็นวัสดุเบาและแข็งแรง ซึ่งอาจเป็นอะลูมิเนียมอัลลอยด์     แผ่นเหล็ก    ไม้    และไฟเบอร์กลาส      ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความเหมาะสมและความต้องการของผู้ออกแบบ 

 

 

 

                   

 

                                                           

 

 

                                               

 

 

 รูปที่ 8  การติดตั้งใบกังหัน (Blades)  

    

      

 

 

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

รูปที่ 9  ใบกังหัน (Blades)  

 

          1.2 เพลาแกนหมุนช้า (Low speed shaft)     เป็นเพลาซึ่งรับแรงจากแกนหมุนใบพัด และส่ง ผ่านระบบกำลัง   เพื่อหมุนและปั่นเครื่องกำเนิดไฟฟ้า      โดยความเร็วของเพลาจะเป็นความเร็วรอบต่ำประมาณ   300 รอบต่อนาที   ซึ่งแกนของเพลาจะต่อเข้ากับชุด  Gear  box  เพื่อจะปรับให้ความเร็วรอบของเพลาที่ต่อไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้าให้มีความเร็วรอบที่สูงขึ้น

          1.3 ระบบเกียร์ปรับความเร็ว (Gearbox)  ทำหน้าที่ปรับความเร็วรอบของเพลาให้สูงขึ้น และส่งกำลังจากตัวกังหันเพื่อไปใช้งาน     ซึ่งจะมีการทดสอบให้สอดคล้องกันระหว่างความเร็วรอบของแกนของกังหันกับการใช้งานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                 

 

                                                รูปที่ 10  ระบบเกียร์ปรับความเร็ว (Gearbox)     

 

            1.4 เพลาแกนหมุนเร็ว (High  speed  shaft)      เป็นเพลาที่ต่อเข้ากันโรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า      โดยจะต่อจากระบบเกียร์ปรับความเร็วซึ่งเพลานี้จะมีความเร็วเพิ่มขึ้นให้สอดคล้องกับการใช้งานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

            1.5 เครื่องกำเนิดไฟฟ้า (Generator)   เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะต่อกับเพลาของกันหันลม   เมื่อกันหันลมหมุนจะทำให้โรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมุนด้วย  และจะผลิตกระแสไฟฟ้าออกมา    ซึ่งจะสามารถผลิตได้ทั้งไฟกระแสตรง  และไฟกระแสสลับ      ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสภาพของลมในแต่ละจุดที่ติดตั้ง    โดยถ้าลมพัดไม่สม่ำเสมอ  ต้องใช้ดีซีเจนเนอเรเตอร์   ผลิตไฟขนาดแรงเคลื่อน  12v   24 v   48 v  dcv   เนื่องจากสามารถเก็บพลังงานไว้ที่แบตเตอรี่แล้วค่อยใช้เครื่องอินเวิตเตอร์ (Inverter) แปลงไฟ  dcv เป็นไฟ  220 acv ภายหลัง     หรือเลือกใช้อุปกรณ์ ไฟฟ้าขนาด     12 V    24 V    48 V  dcv  ได้โดยตรง

 

                                                        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                       

                                               รูปที่ 11  เครื่องกำเนิดไฟฟ้า (Generator)

     

                กรณีที่จะใช้ เอซีเจนเนอเรเตอร์ เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า acv จ่ายให้ระบบ  จะต้องเป็นสถานที่ๆ ลมแรงเช่นชายทะเล ในทะเล หรือทุ่งขนาดใหญ่ใช้กังหันขนาดใหญ่         มีเกียร์ทดรอบ หรือเกียร์บล็อก   ระบบเบรก  แล้วต่อกับเจนเนอเรเตอร์  ac ระบบไฟจะเป็น 110 V  220 V  380 V  3 เฟส    แล้วแต่ขนาดของกังหัน โดยมีระบบควบคุมทั้งความถี่   เฟส   ที่ได้ต่อเข้ากับระบบสายส่งอีกครั้ง

            1.6 ระบบควบคุม (Controller)        ระบบควบคุมในชุดกังหันลมส่วนใหญ่จะมี  2 ชนิด โดย เฉพาะแบบแกนนอน คือ ควบคุมให้ตัวกังหันหันหน้าเข้าหาทิศทางลมตลอดเวลา         และควบคุมเพื่อป้องกันการเสียหายเนื่องจากความเร็วลมแรงจัดๆ         ระบบควบคุมให้กังหันหันหน้าเข้าหาทิศทางลม   ส่วนมากระบบนี้จะใช้ระบบหางเสือ โดยเฉพาะกังหันลมชนิดเล็กเพราะระบบนี้เป็นแบบง่ายๆ ไม่ซับซ้อนมาก    ส่วนระบบควบคุมเพื่อป้องกันการเสียหายเนื่องจากความเร็วลมแรงจัดๆ ปกติเมื่อลมพัดแรงจัดๆ จะมีแรงกระทำกับใบกังหันอย่างมาก  ดังนั้นการออกแบบจะออกแบบระบบควบคุมให้ทำงานที่ความเร็วสูงสุดที่กังหันจะรับได้ค่าหนึ่ง 

 

 

 การควบคุมจะมีลักษณะการทำงานอยู่    2   แบบ  คือ     แบบแรกเป็นแบบที่ทำให้

กังหันลมหันหน้าเหจากระแสลมโดยการหันไปข้างๆ หรือหันเงยหน้าขึ้น    หรือทำให้ใบกังหันหุบตัวเพื่อ ให้มีพื้นที่ของกังหันที่รับกระแสลมน้อยลง        ส่วนอีกแบบหนึ่งนั้นจะเป็นแบบที่ทำให้เกิดการหน่วงต่อการหมุนของกันหันลม ซึ่งอาจทำได้โดยการบิดมุมของใบกังหันให้เกิดการหน่วงมากกว่าการขับ     หรือเพิ่มชิ้นส่วนที่ทำให้เกิดแรงหน่วงขึ้น        อย่างสูงเมื่อความเร็วถึงจุดที่กำหนดไว้    โดยระบบควบคุมจะทำงานโดยอาศัยข้อมูลจากชุดเครื่องวัด  Wind  speed  direction  senser  ซึ่งประกอบด้วย  เครื่องวัด  ความเร็วลม เรียกว่าอะนิโมมิเตอร์ (Anemometer) และ เครื่องวัดทิศลม เรียกว่า วินด์เวน (Wind Vane) 

              1.7 เครื่องวัดความเร็วลม (Anemometer)          เป็นเครื่องมือที่ใช้วัดความเร็วลม และส่งข้อมูล  ไปที่ระบบควบคุม (Controller) เพื่อประมวลผล  และปรับการทำงานของกันหันลมให้สัมพันธ์กับความเร็วลม

              1.8 เครื่องวัดทิศลม (Wind Vane)       เป็นเครื่องมือที่ใช้วัดหาทิศทางลม    และส่งข้อมูลไปที่ระบบควบคุม  (Controller)   เพื่อประมวลผล      และปรับการทำงานของกันหันลมให้สัมพันธ์   กับทิศทางของลม                                                                                

              1.9 ห้องเครื่อง (Nacelle)   ใช้บรรจุระบบต่างๆ ของกังหันลม เช่น ระบบเกียร์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า เบรก และระบบควบคุม

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

 

                                                           รูปที่ 12  ห้องเครื่อง (Nacelle)       

           

 

 

 

             1.10 ระบบเบรก (Break)      เป็นระบบกลไกเพื่อใช้ควบคุมการหยุดหมุนของใบพัดและเพลาแกนหมุนของกังหัน เมื่อได้รับความเร็วลมเกินความสามารถของกังหันที่จะรับได้ และในระหว่างการซ่อมแซม  หรือ บำรุงรักษากังหันลม 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                            

                                                                                           

                                                          รูปที่ 13  ระบบเบรก (Break)    

 

             1.11 แกนคอหมุนรับทิศทางลม (Yaw drive  and  Yaw motor) เป็นชุดควบคุมการหมุนห้องเครื่อง  เพื่อให้ใบพัดรับทิศทางลมโดยระบบอิเลคทรอนิคส์ ที่เชื่อมต่อให้มีความสัมพันธ์ กับหางเสือรับทิศทางลมที่อยู่ด้านบนของเครื่อง

            1.12 หอคอย (Tower)  หอคอยทำหน้าที่ยึดตัวกังหันลมให้อยู่ในระดับสูงเพื่อรับกระแสลมได้มากขึ้นทุกทิศทาง   หอคอยอาจเป็นท่อตรงที่มีสายยึดหรืออาจเป็นโครงสร้างเหล็ก (หรือไม้) ที่สามารถรับน้ำหนัก และการสั่นสะเทือนเนื่องจากตัวกังหันได้

 

 

 

 

 

 

               &