ความรู้เกี่ยวกับ Wind turbine

ปัจจุบันนี้กังหันลมผลิตไฟฟ้าอยู่ในความสนใจของผู้คนจำนวนมาก เนื่องจากสื่อสารมวลชนนำเสนอข่าวความก้าวหน้าของกังหันลมผลิตไฟฟ้าในประเทศต่างๆ แรงจูงใจที่ทำให้ทีมงานตัดสินใจทำการพัฒนากังหันลมผลิตไฟฟ้าเนื่องจากข้อได้เปรียบของกังหันฯเมื่อเทียบกับเซลล์แสงอาทิตย์ (Solar Cell) คือกังหันลมสามารถผลิตพลังงานได้ทั้งกลางวันและกลางคืน (ตลอด 24 ชั่วโมง) ตราบเท่าที่มีลม ที่สำคัญที่สุดคือ"เราผลิตได้เอง"
ก่อนที่จะพูดถึงกังหันลมเราควรทำความเข้าใจในเรื่องพื้นฐานดังนี้


กังหันลมผลิตไฟฟ้า กังหันลมผลิตไฟฟ้า คือเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (อาจเรียกว่าเครื่องปั่นไฟ) ขับเคลื่อนด้วยกังหันซึ่งใช้กำลังลมมาขับ ใบพัดทำหน้าที่รับกำลังลมมาเปลี่ยนให้เป็นแรงหมุน นำไปหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ใบพัดและเครื่องกำเนิดไฟฟ้ายึดติดเป็นชุดเดียวกัน ติดตั้งไว้บนเสาสูงเพื่อให้ได้กำลังลมแรง แล้วจึงต่อสายไฟลงมาใช้งาน

ข้อมูลพื้นฐาน
1) ความเร็วลมจากธรรมชาติจะแรงหรืออ่อนเราใช้หน่วยวัดความเร็วหลายอย่าง เช่นวัดเป็น ไมล์ต่อชั่วโมง (Mile/Hour mph) และ สามารถคำนวนลงมาเป็น ฟุตต่อนาที (Foot/Minute ft/min) หรือ วัดเป็นกิโลเมตรต่อชั่วโมง (Kilometer/Hour km/h) และ สามารถคำนวนลงมาเป็น เมตรต่อวินาที (Meter/Second m/s) โดยการคำนวนดังนี้ ความเร็วลม กิโลเมตรต่อชั่วโมง คูณด้วย 1000 ให้กลายเป็นเมตรต่อชั่วโมง เมื่อหารด้วย 60 จะได้เป็นเมตรต่อนาที และ หารด้วย 60 อีกครั้งเพื่อให้เป็นเมตรต่อวินาที (Kilometer/Hour km/h x 1000 / (60 x 60) = Meter/Second)

ตัวอย่าง ความเร็วลม 18 กิโลเมตรต่อชั่วโมง เมื่อคิดเป็นเมตรต่อวินาทีจะได้ 18 x 1000 / (60 x 60) = 5 เมตรต่อวินาที
ข้อมูลที่ควรจำ 1 เมตรต่อวินาที = 3.6 กิโลเมตรต่อชั่วโมง = 2.24 ไมล์ต่อชั่วโมง


2) ความเร็วลมระดับที่กังหันลมเริ่มหมุนออกตัวเรียกว่า ความเร็วลมเริ่มต้น (Starting Wind Speed) เนื่องจากระบบมีความฝืด (Friction) และ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแม่เหล็กถาวรอาจมีแรงหนืด (Cogging Force) บางครั้งอาจทำให้ระบบสตาร์ทได้ยากขึ้น (ความเร็วลมประมาณ 3-3.5 เมตรต่อวินาที)

3) ความเร็วลมระดับที่กังหันลมสามารถเริ่มต้นทำงานและผลิตไฟฟ้าได้เรียกว่า ความเร็วลมเข้าระบบ (Cut-in Wind Speed) แต่ในขณะนี้อาจได้กำลังน้อยหรือยังไม่ได้กำลังเลย (ความเร็วลมประมาณ 3.5-4 เมตรต่อวินาที)

4) ความเร็วลมระดับที่จ่ายกำลังได้เต็มพิกัดอย่างต่อเนื่องเรียกว่า ความเร็วลมเต็มพิกัด (Rated Wind Speed) นี่คือจุดที่กังหันลมผลิตไฟฟ้าได้ถูกออกแบบและทดสอบมา (ความเร็วลมประมาณ 10-12 เมตรต่อวินาที)

5) ความเร็วลมระดับสูงที่อาจก่อให้เกิดความเสียหายได้จำเป็นต้องหยุดการทำงานเรียกว่า ความเร็วลมตัดออก (Cut-out Wind Speed) การทำเช่นนี้เพื่อความปลอดภัยของระบบ (ความเร็วลมประมาณ 15 เมตรต่อวินาที)

6) ความเร็วลมระดับสูงสุดเท่าที่กังกันลมสามารถทนอยู่ได้ เรียกว่า ความเร็วลมสูงสุด (Maximum Wind Speed) ที่ความเร็วลมระดับนี้ ใบพัดกังหันลมต้องออกแบบให้หลบลม เพื่อป้องกันความเสียหาย (ความเร็วลมประมาณ 20 เมตรต่อวินาที)

หมายเหตุ กังหันลมผลิตไฟฟ้าโดยทั่วไปจะทำงานผลิตกระแสไฟฟ้าได้เต็มพิกัดที่ความเร็วลมประมาณ 10-12 เมตรต่อวินาที และถ้าความเร็วลมลดลงครึ่งหนึ่งเหลือประมาณ 5-6 เมตรต่อวินาที กำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้จะลดลงเหลือเพียง 1/8 (1 ใน 8) เท่านั้น (ดูรายละเอียดจากหัวข้อ การคำนวนกำลังที่ได้รับจากลม)

7) ขนาดของใบพัดกังหันลม นิยมพูดกันด้วยขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง แทนที่จะบอกด้วยความยาวของใบพัด หรือรัศมีของใบพัด การวัดรัศมี คือวัดความยาวเริ่มตั้งแต่จุดศูนย์กลางของการหมุน (เพลา) จนถึงปลายของใบพัด เมื่อคูณด้วย 2 ก็จะเป็นเส้นผ่าศูนย์กลาง หน่วยความยาวที่วัดอาจเป็น ฟุต (Foot) หรือเป็นเมตร (Meter)

ตัวอย่าง ใบพัดกังหันลมที่มีขนาดความยาวรัศมีวัดจากจุดศูนย์กลางของเพลาจนถึงปลายใบพัดเท่ากับ 1.0 เมตร เราเรียกใบพัดนี้ว่าขนาด 2.0 เมตร (เส้นผ่าศูนย์กลางเท่ากับ รัศมี 1.0 ม x 2 = 2.0 ม)

8) ความเร็วในการหมุนของกังหันลมนับเป็นจำนวนรอบต่อนาที ถ้าเราไปยืนดูกังหันลมขนาดใหญ่ซึ่งกำลังหมุนอยู่ แล้วอยากรู้ว่าความเร็วรอบเท่าไร ให้ใช้นาฬิกาจับเวลาว่าภายในเวลา 1 นาที ใบพัดของกังหันลมหมุนผ่านเสากี่ครั้งแล้วหารด้วยจำนวนใบพัด ก็จะได้เป็นความเร็วรอบต่อนาที (ดูรายละเอียดจากหัวข้อ การคำนวนความเร็วรอบของใบพัด)

ตัวอย่าง ในการจับเวลา 1 นาที นับจำนวนครั้งที่ใบพัดหมุนผ่านเสาได้ 180 ครั้ง และกังหันลมเป็นชนิด 3 ใบพัด ความเร็วรอบในขณะนั้นเท่ากับ 180 / 3 = 60 รอบ/นาที

ข้อความตามข้อ 9 และ 10 นี้ บุคคลทั่วไปไม่ค่อยเข้าใจ

9) กำลังของกังหันลมผลิตไฟฟ้า คือปริมาณไฟฟ้าที่เครื่องสามารถผลิตขึ้นมาได้ ขนาดเล็กจะบอกหน่วยกำลังเป็น วัตต์ (Watt) ถ้ากำลังสูงขึ้นเป็นขนาดใหญ่จะบอกเป็นกิโลวัตต์ (Kilowatt) 1 กิโลวัตต์มีค่าเท่ากับ 1000 วัตต์ การบอกกำลังนี้จะต้องกำกับด้วยว่า ณ.ความเร็วลมเท่าไร เวลานำไปใช้งานจริงกำลังที่จะได้รับจริงๆขึ้นอยู่กับความเร็วลม ซึ่งสามารถตรวจสอบได้จากกราฟแสดงกำลัง ณ.ความเร็วลมต่างๆ ของกังหันลมผลิตไฟฟ้าตัวนั้น

10) พลังงาน คือผลคูณระหว่างกำลัง คูณกับเวลาที่กังหันลมสามารถผลิตกำลังได้ ตัวอย่างเช่นผลิตกำลังได้ 250 วัตต์เป็นเวลา 4 ชั่วโมง สามารถคำนวนเป็นพลังงานได้ = 250 วัตต์ x 4 ชั่วโมง = 1000 วัตต์-ชั่วโมง หรือเท่ากับ 1 กิโลวัตต์-ชั่วโมง หรือที่เรียกว่าพลังงานไฟฟ้า 1 หน่วย

การจำหน่ายหรือขายไฟฟ้า จะพูดถึงพลังงานเท่านั้น และจะซื้อขายกันเป็นจำนวนหน่วย (1 หน่วย = 1 กิโลวัตต์-ชั่วโมง)

ปัจจุบัน การไฟฟ้ารับซื้อพลังงานไฟฟ้าผลิตจากลมในราคาหน่วยละ 2.60 บาท + เงินเพิ่มให้เป็นพิเศษอีก 4.50 บาท รวมเป็น 7.10 บาท

11) ประจุไฟฟ้า ที่เก็บไว้ในแบตเตอรี่ เราก็ใช้หน่วยวัดปริมาณ หรือพลังงานที่ประจุเก็บไว้เป็น วัตต์-ชั่วโมง หรือ กิโลวัตต์-ชั่วโมง (1 กิโลวัตต์ = 1000 วัตต์) เวลานำไปใช้งานก็จะสามารถคำนวนได้ว่า ถ้าใช้กำลังขนาดนี้ จะสามารถใช้งานได้นานเท่าไร

ตัวอย่าง พลังงานที่ผลิตได้ตามข้อ 10 เวลาใช้งานสมมุติว่าไช้เปิดเครื่องรับโทรทัศน์ที่กินกำลังไฟ 200 วัตต์ ก็จะสามารถใช้งานได้นาน 5 ชั่วโมง การคำนวน ระยะเวลาใช้งาน = พลังงานที่เก็บไว้ 1000 วัตต์-ชั่วโมง / กำลังที่ใช้งาน 200 วัตต์ = 5 ชั่วโมง

รูปแบบของกังหันลม
 
กังหันลมมีอยู่ 2 รูปแบบ คือกังหันลมแบบแกนตั้ง (Vertical Axis Wind Turbine หรือ VAWT) และกังหันลมแบบแกนนอน (Horizontral Axis Wind Turbine หรือ HAWT) ซึ่งต่อไปจะขอนำเสนอเฉพาะแกนนอน (HAWT) เนื่องจากมีใช้งานกันทั่วไป

กังหันลมแกนนอน มีจำนวนใบพัดได้ตั้งแต่ 1 ใบขึ้นไป และอาจเป็น 2, 3, 4, 5, 6, 12 หรือ 60 ใบ ซึ่งต่อไปจะขอนำเสนอเฉพาะแบบ 3 ใบ เนื่องจากมีใช้งานมากที่สุด

การคำนวนกำลังที่ได้รับจากลม กำลังที่ได้รับจากลม มีหน่วยเป็นวัตต์ (Power, Watt) สามารถคำนวนได้จากสูตร

Power (Watt) = 1/2 X Air density X Swept area X Wind velocity3

เมื่อ Air density คือ ความหนาแน่นของอากาศ ซึ่งมีค่าเท่ากับ 1.23 กิโลกรัมต่อลูกบาตรเมตร ที่ระดับน้ำทะเล
Swept area คือ พื้นที่วงกลมของใบพัด มีหน่วยเป็นตารางเมตร คำนวนได้จาก 22 / 7 X รัศมี2
Wind velocity คือความเร็วลม มีหน่วยวัดเป็น เมตรต่อวินาที (นำมายกกำลัง 3)

ตัวอย่าง การหากำลังสำหรับกังหันลมขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 15 เมตร (r = 7.5) ที่ความเร็วลม 8 เมตรต่อวินาที

กำลังลม = 1/2 X 1.23 X (22 / 7 X 7.52) X 83
= 0.5 X 1.23 X 176.78 X 512
= 55,664 วัตต์ หรือ 55.664 กิโลวัตต์


หมายเหตุ กำลังที่ได้รับนี้เป็นกำลังที่ได้รับจากลม (ไม่ใช่กำลังไฟฟ้าที่ใช้ได้) ซึ่งต่อไปจะต้องขึ้นอยู่กับประสืทธิภาพของใบพัด (ประมาณ 45%) มีการสูญเสียกำลังในเกียร์ทดรอบ ประมาณ 5% (ประสิทธิภาพ 95%) และรวมทั้งประสิทธิภาพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (ประมาณ 85%) ซึ่งการสูญเสียทั้งหมดจะต้องถูกหักออกไปอีก จึงจะเหลือเป็นกำลังไฟฟ้าที่ใช้ได้ จากตัวอย่างข้างบน กำลังไฟฟ้าที่สามารถใช้ได้ = 55,664 X 0.45 X 0.95 X 0.85 = 20,226 วัตต์ หรือ 20.226 กิโลวัตต์


การคำนวนความเร็วรอบของใบพัด
 ใบพัดกังหันลมจะหมุนด้วยความเร็วรอบเท่าไรขึ้นอยู่กับปัจจัยสามอย่างคือ ความเร็วลม จำนวนใบ และความโตของใบพัด เราสามารถคำนวนความเร็วรอบได้ดังนี้


ความเร็วรอบ (RPM) = ความเร็วลม (m/s) X TSR X 60 / (22 / 7 X D)
หรือ = ความเร็วลม (m/s) X TSR X 60 X 7 / (22 X D)

เมื่อ TSR (Tip Speed Ratio) คืออัตราส่วนความเร็ว ณ.ปลายใบพัดเมื่อเทียบกับความเร็วลม ซึ่งใบพัดชนิดสามใบมีค่าเท่ากับ 5 เท่าของความเร็วลม
D คือขนาดเส้นผ่าศูณย์กลางของใบพัด (เมตร) นำมาคำนวนเป็นเส้นรอบวง โดยคูณด้วย 22 / 7

ตัวอย่างการคำนวนความเร็วรอบของใบพัดชนิดสามใบ ขนาดเส้นผ่าศูณย์กลาง 15 เมตร ณ.ความเร็วลม 8 เมตรต่อวินาที

ความเร็วรอบ = 8 X 5 X 60 X 7 / (22 X 15)
= 16800 / 330
= 50.90 รอบต่อนาที

หมายเหตุ จากสูตรการคำนวนนี้ ถ้าความเร็วลมลดลง ความเร็วรอบก็จะลดลงในอัตราส่วนเดียวกัน เช่นความเร็วลมลดลงจาก 8 เหลือ 6 เมตรต่อวินาที ความเร็วรอบก็จะลดลงจาก 50.90 เหลือ 38.175 รอบต่อนาที ซึ่งในกรณีที่ต้องการทดรอบเพิ่มขึ้นให้ได้ 1500 รอบต่อนาทีอาจต้องใช้เกียร์ทดอัตรา 1:40




เครื่องกำเนิดไฟฟ้า (Generator)


 เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำหรับกังหันลมผลิตไฟฟ้าจำเป็นต้องออกแบบเป็นพิเศษ เนื่องจากความเร็วรอบของกังหันลมต่ำมาก อย่างเช่นกังหันขนาด 5 เมตร ชนิดใบพัด 3 ใบ ขณะลมอ่อน ลมปานกลาง และลมแรง จะมีความเร็วรอบประมาณ 100, 150 และ 200 รอบต่อนาทีตามลำดับ ฉะนั้นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจึงจำเป็นต้องมีจำนวนขั้วแม่เหล็ก (Pole) มากเพียงพอ เช่น 16 ขั้วเป็นอย่างน้อย 24 หรือ 36 ขั้วจะดีกว่า และ 48 หรือมากกว่าจะดีมาก จำนวนขั้วแม่เหล็กและความเร็วรอบจะส่งผลให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าผลิตความถี่ไฟฟ้า ความถี่ยิ่งสูงการเหนี่ยวนำไฟฟ้าจะยิ่งดีขึ้น เราสามารถคำนวนความถี่ได้จากสูตร

F คือความถี่ (Hz) = N คือความเร็วรอบ (รอบต่อนาที) x P คือจำนวนขั้วแม่เหล็ก (Pole) / 120

ตัวอย่าง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าชนิด 16 ขั้วแม่เหล็ก หมุนด้วยความเร็วรอบ 200 รอบต่อนาที จะได้ความถี่ = 200 x 16 /120 = 26.66 Hz

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าของกังหันลมผลิตไฟฟ้าส่วนมากจะเป็นระบบไฟฟ้ากระแสสลับ ความถี่ แรงดัน และกำลังไฟฟ้าทางด้านไฟออกจะแปรผันอยู่ตลอดเวลา (ไม่คงที่) เนื่องจากความเร็วลมเปลี่ยนแปลง ทำให้ความเร็วรอบไม่คงที่ ฉะนั้นจึงไม่สามารถนำไฟที่ผลิตได้ซึ่งมีความถี่และแรงดันไม่คงที่มาใช้ได้โดยตรง แต่จะนิยมประจุเก็บเข้าแบตเตอรี่ แล้วจึงใช้ไฟจากแบตเตอรี่ซึ่งมีแรงดันค่อนข้างคงที่ ทั้งยังสามารถเก็บไว้ใช้ในเวลาที่ไม่มีลมได้อีกด้วย

แบตเตอรี่ (Battery) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำหน้าที่ประจุ (ชาร์จ) พลังงานไฟฟ้าเก็บไว้ในแบตเตอรี่ เปรียบเสมือนการสูบน้ำเก็บไว้ในถัง เครื่องสูบน้ำสูบได้ปริมาณไม่มาก แต่สูบตลอดทั้งวันทั้งคืน ปริมาณน้ำจึงถูกเก็บไว้ในถัง ความจุของถังควรมากกว่าขีดความสามารถที่สูบได้เป็น 2 หรือ 3 เท่า ขนาดของแบตเตอรี่ก็เช่นเดียวกัน ควรมีความจุมากกว่าพลังงานที่ผลิตได้ในรอบวันสัก 2 หรือ 3 เท่า

ขนาดความจุของแบตเตอรี่ จะบอกเป็น แอมแปร์ชั่วโมง (Ampare-hour หรือ Ah) ตัวอย่างเช่นแบตฯที่ใช้ในรถยนต์ขนาดกลาง 70 Ah ผู้ผลิตจะมีข้อความแสดงไว้ว่า 12 V 70 Ah (20 HR) อย่างนี้หมายความว่าแบตฯลูกนี้เมื่อชาร์จไฟเต็มแล้ว สามารถใช้งานที่กระแส 3.5 แอมแปร์ได้นาน 20 ชั่วโมง (3.5 A x 20 hour = 70 Ah)

เครื่องเปลี่ยนระบบไฟ (Inverter) อินเวิร์ทเตอร์ ทำหน้าที่เปลี่ยนไฟฟ้ากระแสตรง (DC) จากแบตเตอรี่ ให้กลายเป็นไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) พร้อมทั้งปรับแรงดัน (Volt) ให้ได้ตามที่ต้องการใช้งาน เช่น 110V หรือ 220V และจะต้องมีขนาดกำลัง (วัตต์) เหมาะสมความต้องการใช้งาน อินเวิร์ทเตอร์ที่ดีจะมีระบบป้องกันจาก 1) การใช้โหลดเกินพิกัด (Overload) 2) อุณหภูมิของเครื่องสูงเกินกำหนด (Over temperature) 3) แรงดัน (โวลท์) ของแบตเตอรี่ต่ำกว่ากำหนด (Low battery voltage)
การนำอินเวิร์ทเตอร์ไปใช้งานกับโหลดประเภทมอเตอร์ ต้องพิจารณาว่าอินเวิร์ทเตอร์นั้นสามารถรองรับกำลังวัตต์กระชากจากการสตาร์ทของมอเตอร์ (Surge power) ได้เท่ากับหรือสูงกว่าที่มอเตอร์ต้องการหรือไม่
อินเวิร์ทเตอร์บางแบบมีระบบเปิดอัตโนมัติเมื่อมีโหลด และปิดอัตโนมัติเมื่อไม่มีโหลด (Automatic power ON-OFF) เพื่อลดการสูญเสียพลังงานแบตเตอรี่ขณะไม่ใช้งาน โดยไม่เปิดทิ้งไว้ตลอดเวลา

ชุดรองรับการหันเห (Yaw bearing) เนื่องจากกระแสลมจะเปลี่ยนทิศทางอยู่ตลอดเวลา กังหันลมจึงจำเป็นต้องปรับทิศทางตามลม ทำให้ต้องมีลูกปืนรองรับชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพร้อมทั้งใบพัด (Yaw Bearing) ทำให้สามารถปรับทิศทางได้รอบตัว และต้องมีหางเสือ (Tail Vane) เพื่อช่วยให้กังหันตรงทางลมอยู่เสมอในกรณีของกังหันแบบต้นลม (Upwind turbine) ซึ่งมีใบพัดอยู่ด้านหน้า แต่ถ้าเป็นกังหันแบบท้ายลม (Downwind turbine) แบบใบพัดอยู่ด้านหลังไม่จำเป็นต้องมีหางเสือ


********************************************************************************

โครงการฟาร์มผลิตไฟฟ้าจากแสงแดด (Solar Farm) และกังหันลม (Windfarm)

 การผลิตไฟฟ้าด้วยแสงแดด และพลังงานลมได้รับการสนับสนุนจากทางราชการ โดยการไฟฟ้ารับซื้อพลังงานไฟฟ้าในราคาหน่วยละประมาณ 3.00 บาท พร้อมมีเงินเพิ่ม (Adder) ให้อีก 8.00 บาทสำหรับพลังงานแสงแดด และ 4.50 บาทสำหรับพลังงานลม กรณีพิเศษ ถ้าเป็นโครงการพลังงานลมซึ่งตั้งอยู่ในพื้นที่ที่มีการผลิตไฟฟ้าจากเครื่องยนต์ดีเซลอยู่ก่อนแล้ว (ทั้งนี้เพื่อลดการใช้น้ำมัน) และผู้ขายไฟเป็นผู้ผลิตขนาดเล็กพิเศษ (ไม่เกิน 50kW) จะได้รับเงินเพิ่มพิเศษอีก 1.50 บาทต่อหน่วย ทั้งหมดนี้เพื่อดึงดูดความสนใจของผู้ลงทุน การที่จะทำให้ใช้เงินลงทุนในโครงการต่ำที่สุด กังหันลมเพื่อผลิตและขายไฟให้แก่การไฟฟ้ามีความจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องผลิตในประเทศ และใช้เทคโนโลยีที่ไม่สูงหรือซับซ้อนมาก สามารถออกแบบสร้าง ติดตั้ง และซ่อมบำรุงได้ด้วยตนเอง จืงจะสามารถคืนทุนได้ในเวลาสั้นและยั่งยืนตลอดไป


การจ่ายไฟเข้าระบบ (Grid Connected) การจ่ายไฟเข้าระบบสายส่งของการไฟฟ้า สามารถทำได้เฉพาะกรณีเท่านั้น เช่นการทำสัญญาขายไฟให้กับการไฟฟ้า หรือเป็นการขออณุญาติต่อไฟเข้าระบบเพื่อเป็นการลดปริมาณการซื้อไฟจากการไฟฟ้า ตัวอย่างสองกรณีนี้เป็นระบบ Grid Connect ซึ่งสามารถใช้ Wind Turbine แบบต้นทุนต่ำ ไม่จำเป็นต้องมี แบตเตอรี่ และ Inverter แต่ใช้ระบบที่เรียกว่า อินดั๊กชั่น เจ็นเนอเรเตอร์ (Induction Generator) ทำให้งบประมาณการลงทุนต่ำกว่าครึ่งของระบบ Battery และ Grid connected Inverter ทั้งนี้เนื่องจาก Battery+Inverter มีราคาแพงกว่า Turbine เสียอีก โครงการฟาร์มกังหันลม (Windfarm) เพื่อผลิตและขายไฟให้แก่การไฟฟ้า สมควรอย่างยิ่งที่จะต้องใช้ระบบนี้


อินดั๊กชั่น เจ็นเนอเรเตอร์ (Induction Generator) วิธีการนี้เป็นการผลิตไฟฟ้าโดยระบบเหนี่ยวนำแบบไม่ซินโครนัส (Asynchronous Induction Generator) ซึ่งใช้ไฟจากระบบ (Grid) เป็นตัวกระตุ้น (Exciting) ระบบนี้ไม่ใช่เทคโนโลยีใหม่ ในอดีตมีใช้มานานแล้ว หลักการของระบบนี้เหมาะสำหรับการจ่ายไฟเข้าระบบสายส่ง (Grid Connect) เท่านั้น โดยไม่สามารถทำการผลิตไฟเพื่อใช้เอง (โดยไม่เกี่ยวข้องกับสายส่ง) เหมือนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซินโครนัส (Synchronous Generator) โดยทั่วไปซึ่งมีระบบกระตุ้นด้วยสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในตัวเอง (Self Excited)



ตัวอย่างวงจรระบบควบคุม Induction Generator แบบ Single Line Diagram และ Wiring Diagram















****************************************************************************

Faq คำถามที่พบบ่อย


คำถาม: อยากทราบว่า กังหันลมผลิตไฟฟ้า จะใช้ที่จังหวัด...บ้านผมได้หรือไม่

คำตอบ: สถานที่ๆสามารถจะใช้กังหันลมผลิตไฟฟ้าได้จะต้องมีความเร็วลมเฉลี่ยไม่ต่ำกว่า 5 ถึง 6 เมตรต่อวินาที หรือ 20 กิโลเมตรต่อชั่วโมง และควรมีปริมาณลมไม่ต่ำกว่า 3000 ชั่วโมงต่อปี หรือประมาน 1ใน 3 ของปริมาณลมทั้งปี (365 วัน x 24 ชม. = 8760 ชม.)


คำถาม: สถานที่แถบไหนบ้างที่สามรถใช้กังหันลมผลิตไฟฟ้าได้

คำตอบ: แถบชายทะเลรอบอ่าวไทยใช้ได้ทั้งหมดแต่ความเร็วลมและปริมาณลมอาจแตกต่างกัน จังหวัดนครศรีธรรมราช และสงขลา มีศักยภาพสูงที่สุด

คำถาม: ในกรุงเทพหรือชานเมืองสามารถใช้กังหันลมผลิตไฟฟ้าได้หรือไม่
คำตอบ: ถ้าต้องการรู้ให้แน่นอนจำเป็นต้องติดตั้งเครื่องวัดความเร็วลมและปริมาณลมแบบที่สามารถเก็บบันทึกข้อมูลได้ ทิ้งไว้สัก 6 เดือนถึง 1 ปี ควรติดตั้งสูงจากพื้นดินอย่างน้อย 15 เมตรจึงจะเห็นผล

คำถาม: กังหันลมผลิตไฟฟ้าขนาดไหนจึงจะเหมาะสมสำหรับบ้านอยู่อาศัย
คำตอบ: การคำนวนว่าพลังงานที่ผลิตเก็บสะสมไว้ในแบตเตอรี่จะนำมาใช้งานได้นานเท่าไร ก่อนอื่นเราต้องรู้ว่ากังหันฯผลิตกำลังได้จริงๆกี่วัตต์ (ขึ้นอยู่กับกำลังลมในขณะนั้น) คูณด้วยระยะเวลาที่ผลิตได้นานกี่ชั่วโมง กลายเป็นพลังงานที่ผลิตได้ มีหน่วยเป็น วัตต์-ชั่วโมง ตัวอย่างเช่น กังหันลมฯแม้ว่าจะเป็นขนาด 2.5 กิโลวัตต์ แต่วันนี้มีลมอ่อน ผลิตกำลังได้เฉลี่ยเพียง 500 วัตต์ และในรอบวัน (24 ชั่วโมง) มีลมบ้างหยุดบ้างรวมผลิตได้ประมาณ 15 ชั่วโมง พลังงานที่สะสมไว้ = 500 วัตต์ x 15 ชั่วโมง = 7500 วัตต์-ชั่วโมง


ตัวอย่าง ในการใช้งานสมมุติว่า
1) ใช้ตู้เย็นขนาด 100 วัตต์ตลอดเวลา 24 ชั่วโมง = 2400 วัตต์-ชั่วโมง ยังมีพลังงานเหลือ = 7500 - 2400 = 5100 วัตต์-ชั่วโมง

2) เปิดพัดลมและไฟแสงสว่างรวม 160 วัตต์ตลอด 24 ชั่โมง = 3840 วัตต์-ชั่วโมง ยังมีพลังงานเหลือ = 5100 - 3840 = 1260 วัตต์-ชั่วโมง

3) เปิดทีวีขนาด 150 วัตต์ ตั้งแต่ 18.00 - 23.00 น. (5 ชั่วโมง) = 750 วัตต์-ชั่วโมง ยังมีพลังงานเหลือ = 1260 - 750 = 510 วัตต์-ชั่วโมง

4) นี่หมายความว่าจะมีพลังงานเหลือให้สามารถรีดผ้าด้วยเตารีดไฟฟ้าขนาด 500 วัตต์ได้อีกเพียง 1 ชั่วโมงเท่านั้น

คำถาม: การลงทุนสร้างฟาร์มกังหันลม (Windfarm) ต้องใช้เงินลงทุนเท่าไร
คำตอบ: ศักยภาพลมในประเทศไทยอยู่ในระดับต่ำถึงปานกลาง รวมทั้งความเร็วลมก็อยู่ในระดับต่ำถึงปานกลางเช่นเดียวกัน กังหันลมจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องออกแบบเป็นพิเศษ (ออกแบบเอง ไม่ใช่นำเข้าจากต่างประเทศ) ผลิตในประเทศไทย มีต้นทุนต่ำ จึงจะสามารถขายไฟ และคืนทุนในเวลาไม่ยาวนานเกินไป เนื่องจากความเหมาะสมตามศักยภาพลม ความเร็วลม รวมทั้งวัสดุอุปกรณ์ซึ่งหาได้ในประเทศ ขนาดกังหันลมที่เหมาะสมคือขนาด 20 กิโลวัตต์ ความสูง 24 เมตร ราคาโดยประมาณชุดละ 1 ล้านบาท

ถ้าต้องการคำนวนเงินลงทุน อย่างเช่นต้องการทำฟาร์มกังหันลม (Windfarm) ขนาด 1 MW หรือ 1000 kW ก็ต้องติดตั้งกังหันลมจำนวน 50 ชุด (เงินลงทุน 50 ล้านบาท) ใช้เนื้อที่ประมาณ 40 ไร่

 การคำนวนรายรับจากการขายไฟ คำนวนพลังงานที่ผลิตได้ เฉลี่ยวันละ 8 ชั่วโมง จาก 24 ชั่วโมง ของปริมาณสูงสุดที่เครื่องจักรสามารถผลิตได้

ตัวอย่าง รายรับ = 1000 kW X 8 ชั่วโมง (ประมาณต่อวัน) X 30 วัน (ต่อเดือน) X ราคาขาย 7.10 บาท (ต่อหน่วย) = 1,704,000 บาท (ต่อเดือน) หักค่าใช้จ่ายในการดำเนินการ ประมาณ 200,000 บาท เป็นค่าจ้างคนดูแลระบบ ค่าบำรุงรักษา ค่าภาษีท้องถิ่น คงเหลือรายรับสุทธิ = 1,704,000 - 200,000 = 1,504,000 บาท (ต่อเดือน)

ระยะเวลาคืนทุนโดยไม่คิดดอกเบี้ย = (เงินลงทุน) 50,000,000 บาท / 1,504,000 บาท (รายรับต่อเดือน) = 33 เดือน (ประมาณ 3 ปี)

หมายเหตุ 
โครงการใช้เวลาก่อสร้างประมาณ 1 ปี การคืนทุนเสร็จสิ้นในปีที่ 4 อายุใช้งานของเครื่องจักร ประมาณ 15 ปี อาจมีค่าบำรุงรักษาสูงขึ้นหลังปีที่ 5

โครงการสามารถขอรับบัตรส่งเสริมการลงทุน (BOI) เพื่อขอยกเว้นอากรนำเข้าสำหรับอุปกรณ์จากต่างประเทศ และได้รับการยกเว้นภาษีเงินได้เป็นเวลา 10 ปี


source : http://www.thaiwindturbine.com