แม้ตามทฤษฎีนั้น การพัฒนากังหันลมดูเหมือนจะมาถึงทางตันแล้ว แต่พลังงานลมยังไม่หยุดนิ่ง ล่าสุด สถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย ได้ค้นพบหลักการใหม่ที่อาจจะเปลี่ยนโฉมหน้าวงการอุตสาหกรรมกังหันลมที่มีมากว่า 30 ปีได้ นั่นคือ วิธีการออกแบบฟาร์มกังหันลมแบบใหม่
หลักการที่ว่านี้ จะให้กังหันลมแต่ละตัวอยู่ใกล้กันมากขึ้นแทนที่จะอยู่ไกลกันเหมือนแต่ก่อน โดยนักวิจัยเชื่อว่าน่าจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของการผลิตพลังงานไฟฟ้าด้วยพลังงานลมได้ และแนวความคิดนี้น่าจะเป็นแนวความคิดไม่กี่อย่างที่เหลืออยู่ที่จะสามารถทำได้กับกังหันลม เนื่องจากศาสตร์ด้านนี้เริ่มไม่มีทางให้ไปต่อแล้วนั่นเอง
"สิ่งที่เคยมองข้ามไปก็คือว่า ถึงแม้กังหันลมจะพัฒนาไปมาก แต่ฟาร์มกังหันลมยังถือว่าไม่มีประสิทธิภาพเท่าที่ควรจะเป็นเลย" ศาสตราจารย์ จอห์น ดาบิรี่ แห่งภาควิชาวิศวกรรมและวิทยาศาสตร์ประยุกต์ ผู้อำนวยการศูนย์วิศวกรรมเชิงชีววิทยา ที่คาลเทค กล่าว
"เนื่องจากว่าแต่ก่อน เราจะจัดวางกันหันลมให้ไกลกันออกไปเพื่อไม่ให้ไปรบกวนกระแสลมของตัวอื่นๆในแง่ของอากาศพลศาสตร์ จึงทำให้ลมหลายๆส่วนที่พัดมาที่ฟาร์มกังหันลมก็พัดผ่านไปโดยไม่ถูกจับแล้วเปลี่ยนเป็นพลังงานเลย ด้วยเหตุนี้ ฟาร์มกังหันลมรุ่นใหม่จึงทำตัวเหมือนคนกินทิ้งกินขว้าง ถ้าอยากจะชดเชยส่วนที่เสียไปนี้ จะต้องสร้างกังหันลมที่สูงขึ้นและใหญ่ขึ้น เพื่อให้รับลมได้มากขึ้น"
แต่การเพิ่มความสูงและขนาดนี้ก็นำมาซึ่งปัญหาอีกหลายๆอย่างตามมา เช่น ต้นทุนที่เพิ่มสูงขึ้น และการออกแบบทางวิศวกรรมและการบำรุงรักษาที่ยากขึ้น และยังตามมาด้วยปัญหาด้านทัศนียภาพ เสียง ปัญหารบกวนเรดาร์ และผลกระทบกับค้างคาวและนกชนิดต่างๆอีกด้วย ศ.ดาบิรี่จึงได้หันมาให้ความสนใจที่การพัฒนาการออกแบบที่ตัวฟาร์มกังหันลมเลย โดยเน้นที่การจัดวางกันหันลมแต่ละตัวเพื่อให้มีประสิทธิภาพ โดยได้ตีพิมพ์ผลงานการออกแบบครั้งใหม่ในวารสารวิชาการของสถาบันฟิสิกส์อเมริกัน อย่าง Journal of Renewable & Sustainable Energy แล้ว
"พลังงานลมที่ระดับ 30ฟุตจากพื้นนี้ถือว่าน้อยกว่าพลังงานลมในระดับความสูงของกังหันลมในปัจจุบัน แต่ถ้าลมระดับใกล้พื้นนี้สามารถให้พลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่า ก็ไม่จำเป็นที่จะต้องสร้างกังหันลมเพื่อไปรับลมที่ระดับความสูงจากพื้นมากมายขนาดนั้นก็ได้ อันที่จริง พลังงานไฟฟ้าจากลมของโลกที่ระดับความสูงจากพื้น 30 ฟุตนี้ก็มีมากเกินกว่าปริมาณการใช้ไฟฟ้าของทั้งโลกรวมกันเสียอีกนะ แต่ความท้าทายอยู่ที่ไหน อยู่ที่การจับพลังงานเหล่านี้ไงล่ะ"
การออกแบบกังหันลมของคาลเทคนี้มีเป้าหมายเพื่อให้ได้พลังงานไฟฟ้าที่มากมายจากกังหันลมชนิดแกนหมุนแนวตั้ง(vertical-axis wind turbines: VAWTs) ที่จัดวางให้ใกล้ขึ้นกว่าที่เคยวางด้วยกังหันลมชนิดแกนหมุนแนวนอน(horizontal-axis wind turbines)
กังหันลมชนิดแกนหมุนแนวตั้งเป็นกังหันลมที่มีแกนหมุนและใบพัดตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ของลมในแนวราบ ซึ่งทำให้สามารถรับลมในแนวราบได้ทุกทิศทาง ขณะที่กังหันลมชนิดแกนหมุนแนวนอนเป็นกังหันลมที่มีแกนหมุนขนานกับทิศทางของลมโดยมีใบพัดเป็นตัวตั้งฉากรับแรงลม มีอุปกรณ์ควบคุมกังหันให้หันไปตามทิศทางของกระแสลม เรียกว่า หางเสือ และมีอุปกรณ์ป้องกันกังหันชำรุดเสียหายขณะเกิดลมพัดแรง เช่น ลมพายุและตั้งอยู่บนเสาที่แข็งแรง กังหันลมชนิดแกนหมุนแนวนอน ได้แก่ กังหันลมวินด์มิลล์ ( Windmills) กังหันลมใบเสื่อลำแพน นิยมใช้กับเครื่องฉุดน้ำ กังหันลมแบบกงล้อจักรยาน กังหันลมสำหรับผลิตไฟฟ้าแบบพรอบเพลเลอร์ (Propeller) นอกจากนี้ กังหันลมชนิดแกนหมุนแนวตั้งยังได้รับการพัฒนามากในระยะหลัง เนื่องจากข้อดีกว่าแบบแนวแกนนอนคือ ในแบบแนวแกนตั้งนั้นไม่ว่าลมจะเข้ามาทิศไหนก็ยังหมุนได้ โดยไม่ต้องมีอุปกรณ์ควบคุมให้กังหันหันหน้าเข้าหาลม นอกจากนี้แล้วแบบแนวแกนตั้งนั้น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและระบบการส่งกำลังวางไว้ใกล้พื้นดินมากกว่าแบบแกนนอน เวลาเกิดปัญหาแก้ไขง่ายกว่าแบบแกนนอนที่ติดอยู่บนหอคอยสูง
รูปแสดงกังหันแนวตั้งแบบต่างๆ
จากการทดลอง ผลปรากฏว่า VAWTs ให้ผลดีอย่างเห็นได้ชัด ทั้งที่เป็นการใช้ลมระดับที่ใกล้พื้น ใช้การออกแบบอย่างง่ายๆที่ใช้ต้นทุนในการดำเนินการและการบำรุงรักษาต่ำ และมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยกว่าด้วย
เหตุผลที่ VAWTs ยังไม่ค่อยมีใครใช้กันในทุกวันนี้อาจจะเป็นเพราะถ้าเทียบแต่ละตัวแล้ว ประสิทธิภาพถือว่าน้อยกว่ามาก และโครงสร้างของ VAWTs รุ่นก่อนๆนั้นก็เสื่อมสภาพได้เร็วเมื่อใช้ไปนานๆ
"ถ้ามองที่ประเด็นเรื่องประสิทธิภาพ วิธีการของเรานี้ไม่ได้สนใจประสิทธิภาพของกังหันลมแต่ละตัวมากนัก แต่เราสนใจประสิทธิภาพของทุ่งกังหันมากกว่า อย่างไรก็ดี สำหรับข้อด้อยของกังหันลมนั้น ก็ควรจะมีการปรับปรุงการใช้วัสดุ และมีการวิจัยด้านเพื่อเพิ่มกำลังโหลดโดยใช้ความรู้ทางอากาศพลศาสตร์กันต่อไป เพื่อให้ผลงานการออกแบบใหม่นี้มีการทำงานที่ดียิ่งขึ้น"
และข้อมูลจากการรวบรวมของนักวิจัยเมื่อซัมเมอร์ที่ผ่านมานั้นก็แสดงให้เห็นว่า นักวิจัยกำลังเดินมาถูกทางแล้ว แต่ก็ไม่ได้หมายความว่าภารกิจนี้สิ้นสุดแล้ว เพื่อขั้นต่อไปคือการพัฒนาฟาร์มกังหันลมนี้สำหรับสร้างบนพื้นที่ขนาดใหญ่ต่อไป และเป้าหมายสูงสุดของนักวิจัยกลุ่มนี้คือ การลดต้นทุนของการผลิตไฟฟ้าด้วยพลังงานลมด้วย
"ผลงานของเรานี้ยังต้องการการวิจัยเพิ่มเติมต่อไปเพื่อให้พลังงานลมเป็นพลังงานทางเลือกที่มีสถานะดี และเนื่องจากหน่วยผลิตพลังงานตามวิธีนี้มีขนาดเล็กลงแล้ว การขยายฟาร์มกังหันลมให้ใหญ่ขึ้นก็สามารถทำได้โดยใช้ค่าใช้จ่ายที่น้อยลง ต้นทุนในการผลิตน้อยลง และการบำรุงรักษาก็ยังไม่แพงอีกด้วย"
อ้างอิง: American Institute of Physics (2011, July 13). Bold new approach to wind 'farm' design may provide efficiency gains. ScienceDaily. Retrieved July 21, 2011, from http://www.sciencedaily.com/releases/2011/07/110713131644.htm
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น