งาน 15 คะแนน ทำ E-book

wind turbine

บทนำ พลังงานลมเป็นพลังงานทางเลือกทีส่ ะอาด สามารถนำมาใช้ได้อยา่ งไม่ มีวันหมด กังหันลมจงึ เป็นตัวเลือกท่ีดีในการนำไปใช้สกัดพลังงานลมมาใชใ้ ห้ เกิดประโยชน์ โดยกังหันลมจะทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานจลน์ของลมเป็น พลังงานทางกลเพื่อนนำไปใช้ในการขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าใน E BOOK เล่มนี้จะกล่าวถึงการทำงานของกังหันลม ประเภทของกังหันลม ส่วนประกอบต่าง ๆ การออกแบบส่วนของใบพัด และระยะห่างการติดตั้ง ระหว่างกังหันแต่ละเครอื่ ง เพ่อื ใชเ้ ป็นคมู่ ือการเรียนรูเ้ ก่ียวกบั เร่ืองการหันลม ถา้ มคี วามผิดพลาดประการณ์ใดผจู้ ัดทำขออภัยของ ณ ท่ีน้ี นาย สทุ ธพิ งศ์ ขวัญเมอื ง 055950403064-9 มหาวทิ ยาลัยเทคโนโลยรี าชมงคลพระนคร

สารบญั 1 กังหันลม 3 หลกั การทำงานของกงั หันลม ประเภทของกงั หันลม 4 กังหันลมแนวตัง้ 5 กงั หันลมแนวนอน ส่วนประกอบของกันหนั ลม 10 หอ้ งเคร่ืองของกังหันลม ใบพัดกงั หันลม 12 มุมของใบพดั 12 เพลากงั หนั ลม ชดุ เฟอื ง 13 เคร่ืองกำเนิดไฟฟ้า 14 เครือ่ งแปลงไฟ 16 เบรกของกังหนั ลม 17 ระบบเบรกทางอากาศพลศาสตร์ ระบบเบรกทางกล 18 เคร่ืองวัดความเรว็ ลม หางเสอื หาทศิ ทางลม 19 ชดุ ปรบั องศาใบพัด 21 ตัวปรบั ทศิ ทางกังหันลม 21 21 22 22 22 22

สารบัญ 23 24 เสา 24 หาคา่ ประมาณของพลงั งานไฟฟ้าท่ีได้จากลม 25 หาแรงในเคร่ืองกำเนดิ 26 หาแรงในกงั หันลม 26 ผลกระทบลองลมในแตล่ ะภมู สิ ภาพ 27 28 ผลกระทบของทุ่งกังหันลม 28 ผลกระทบของเนินเขา ผลกระทบของช่องลม เงาลม

1 กงั หนั ลม(Wind Turbines) มนุษย์ได้คิดค้นออกแบบกังหันลมมาใช้เป็นเครื่องมืออำนวยความ สะดวกแก่มนุษย์อย่างยาวนาน เช่นใช้หมุนเพื่อวิดน้ำ หรือใช้หมุนเครื่องบด เมล็ดพืช เป็นต้น แต่ในช่วงศตวรรษที่ผ่านมานั้น กังหันลมนั้นได้ถูก นำมาใชเ้ ป็นเครือ่ งมือในการเปล่ยี นพลังงานจลน์ในลมไปเป็นพลงั งานทางกล เพือ่ นำไปใช้ขบั เคลอื่ นเครื่องกำเนิดไฟฟา้ เพอื่ ผลติ กระแสไฟฟ้ามาใช้

2 ความแตกต่างระหว่างกังหันลมธรรมดากับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจาก พลังงานลมWindmillsหากเครื่องจักรใดๆก็ตามใช้พลังงานทางกลโดยตรง ยกตัวอย่างเช่น เครื่องโม้แป้ง หินเจียร ที่วิดน้ำ ฯลฯ มักจะเรียกว่า windmill หากพลงั งานทางกลถูกเปลี่ยนไปเปน็ พลงั งานไฟฟ้าจะถกู เรยี กว่า wind generator(เครอ่ื งกำเนดิ พลงั งานไฟฟ้าจากลม)

3 Wind Turbines (เครอ่ื งกำเนิดพลงั งานไฟฟา้ จากลม) หลักการหมุนของใบพัดกังหนั ลม ใบพัดพดั กงั หนั ลมใช้หลักการของ Airfoil โดยตัวใบพดั ถกู ออกแบบใหม้ ีพนื้ ท่ี ลมเคลื่อนผ่านไม่เท่ากันโดยส่วนบนจะมีพื้นที่มากกว่าเมือ่ อากาศไหลผ่านใน เวลาที่เท่ากันอากาศส่วนบนและส่วนล่างจะมีความกดอากาศที่ไม่เท่ากัน โดยความกดอากาศด้านล่างที่ต่ำกว่าจะเกิดแรงยก ซึ่งในทางของกังหันลม น้นั จะเกิดเป็นแรงผลกั ตัวใบพดั ทำให้กงั หนั ลมหมุนไดน้ น้ั เอง รปู แสดงการไหลผา่ นของอากาศทที่ ำให้เกดิ แรงยก

4 ประเภทของกงั หนั ลม (Types of Wind Turbines) กังหนั ลมโดยทว่ั ไปแลว้ แบ่งไดเ้ ป็น 2 ประเภท • กังหันลมแนวต้งั • กังหันลมแนวนอน ประเภทกังหันลมแนวนอนจะมีใบพัดหมุนบนแกนขนานกับพื้นนและ ประเภทของกังหันลมแนวต้ังจะมีใบพัดหมุนบนแกนที่ตัง้ ฉากกับพืน้ ในแต่ละ ประเภทมีข้อดีข้อเสียต่างกันออกไปกังหันลมแนวตั้งมีการใช้งานที่น้อยมาก เมื่อเทยี บกบั กงั หันลมแนวนอน รปู กังหันลมแนวตงั้ รปู กังหนั ลมแนวนอน Vertical Axis Wind Turbine Horizontal Axis Wind (VAWT) Turbine(HAWT)

5 Vertical Axis Wind Turbines (กงั หันลมแนวแกนตง้ั ) กังหันลมแนวตั้งนั้นถึงจะมีมานานหลายศตวรรษแต่ก็ไม่ได้เป็นที่นิยม เหมือนกังหันแนวนอนเหตุผลคือกังหันลมแนวตั้งไม่สามารถรับความเร็วสูง สดุ ของ ลมไดด้ ีเท่าที่กงั หันลมแนวนอน กังหันลมของชาวเปอร์เซียถูกใช้งานในช่วง 1000 ปีก่อนคริสตกาล เพอ่ื หมุนหนิ ลบั มดี มันคือการออกแบบกงั หันลมทเี่ ก่าแก่ท่ีสดุ เท่าท่ีเคยค้นพบ มา เครื่องทำงานโดยการปิดลมที่พัดผ่าน ½ ของพื้นที่ใบพัด ใบพัด ที่สัมผสั กบั ลมถูกผลัก เนอ่ื งจากการลากของลมทำใหก้ ังหนั ลมหมุน

6 An Early Wind Turbine(กังหนั ลมตัน) Anonometerเป็นเครือ่ งวัดความเร็วลมเปน็ เครื่องมอื ทีใ่ ว้ใชส้ ำหรับวดั ค่า ความเร็วของลมตัวเคร่อื งอยู่ ในรูปของกงั หันลมแนวตั้ง Anonometer(เครื่องวัดความเรว็ ลมแบบถ้วย)

7 กังหันลม Savonius จะมีลักษณะเป็นรูปตัว S ถ้ามองจากด้านบน กังหันลมแนวตั้งนั้น แบบลากนี้นั้นจะหมุนได้ค่านขา้ งช้า แต่จะมีแรงบิดที่สูง จะมกี ารโยชน์มากกบั การใชบ้ ดเมลด็ พชื การสบู น้ำ และงานอนื่ ๆอกี มากมาย แตด่ ว้ ยความช้าในการหมุนนี้จึงไม่เหมาะสำหรบั การผลติ กระแสไฟฟา้ Savonius Wind Turbine(กงั หันลม Savonius) ภาพน้ีแสดงถึงลมที่มาจากทิศทางเดียวกบั แต่ในความเปน็ จริงแล้วลม แลสามารถมาจากทิศทางใดกไ็ ด้และกงั หนั ลมก็จะทำงานในลกั ษณะเดียวกนั

8 Flapping Panel Wind Turbine (แผงกังหันลมกระพอื ) กงั หนั ลมDarrieusเปน็ กังหนั ลมแนวตัง้ ทเ่ี ป็นท่ชี ื่อเสยี งท่สี ดุ ดว้ ยรปุ รา่ งใบพดั ทร่ี ูปรปู โค้งแบบตัว C คลา้ ยไขไ่ ก่ ปกตมิ ักถกู ตดิ ตัง้ ดว้ ย2หรอื 3ใบพดั Darrieus Wind Turbine(กงั หนั ลม Darrieus)

9 โดยทั่วไปแล้ว Giromill นั้นใช้พลังงานจากใบพัดแนวดิ่ง อาจมี2หรือ3 ใบพดั ทต่ี ิดอยุ่กบั เสารองรับกงั หันGiromillจะทำงานได้ดีในสภาพลมปั่นป่วน เป็นตัวเลือกที่ดีในการนำมาใช้ในบางพื้นที่ที่กังหันลมชนิดอื่นไม่สามารถ ตดิ ตงั้ ได้ Giromill Wind Turbine(กังหนั ลม Giromill)

10 Horizontal Axis Wind Turbines(กงั หนั ลมแนวแกนนอน) กังหันลมแนวนอนเป็นกังหันลมทีใ่ ช้กนั อยทู่ ่ัวไปเพราะแกนหมุนของใบ มดี ขนานกบั กระแสลม กังหันลมบางตัวได้ถูกออกแบบการใช้งานในด้านทวนลม(ด้วยรูปแบบ ใบพัดทวนลมที่ติดตั้งบนเสา) กังหันลมขนาดใหญ่ใช้กลไกลการขับเคลื่อน มอเตอร์ซึ่งจะคอยปรับเปลี่ยนเครื่องไปตามทิศทางของลม ส่วนในกังหันลม ขนาดเล็กใชใ้ บพดั ส่วนหางในการปรบั ทิศหนั หนา้ เขา้ หาลม

11 Up-Wind Turbines(กังหนั ชนิดหนั หน้าให้ลม) คือกังหันลมที่ถูกออกแบบให้ใช้งานในทางเดียวกับทิศทางลมโดยลม กระผ่านตัวเครือ่ งด้านหลงั ก่อนแล้วค่อยมาโดนตวั ใบพดั หากไม่มีลมพดั สว่ น หางของเสือของกังหันจะตดิ ตามลมในทางลมตามธรรมชาติ Down-Wind Turbines(กังหนั ชนดิ หันหลงั ใหล้ ม)

12 ในกงั หันบางตัวทีการออกแบบตัวโครงสรา้ งเพ่ิมเตมิ ท่ีเรยี กว่า augmentor เพ่ือเป็นช่องลมเพม่ิ ปริมาณการไฟลผา่ นของลมกับใบพดั Shrouded Wind Turbines(กงั หันแบบมกี รอบครอบชอ่ งลม) สว่ นประกอบของกันหันลม (Parts of a Wind Turbine) หอ้ งเครอ่ื งของกังหนั ลม (Nacelle of Wind Turbine) ห้องเครื่องคอื กลอ่ งหรอื ตู้ขนาดใหญท่ ่ีติดตั้งอยูบ่ นหอคอยและใชเ้ ปน็ ห้องตดิ ตัง้ ของสว่ นประกอบภายในทัง้ หมด

13 รูปแสดงภายในของหอ้ งเคร่อื ง ใบพดั กงั หนั ลม (Rotor Blades of Wind Turbine) ใบพัดเป็นชิ้นส่วนหลักของกังหันลมใบพัดสามารถแปลงพลังงานลม เป็นพลังงานกลได้ เมื่อลมมาปะทะกับใบพัดใบพัดจำหมุน การหมุนนี้ถ่าย โอนพลังงานเชิงกลไปยังเพลา เราออกแบบใบพัดเหมือนปีกเครื่องบินใบพัด ของกังหันลมที่มีความยาว 40 เมตรถึง 90 เมตร ใบพัดควรมีความแข็งแรง คงทนพอทจ่ี ะตา้ นลมแรงแม้ในชว่ งท่ีมีพายลุ มแรงแตใ่ นทางเดยี วกันตัวใบพดั ควรมีการออกแบบให้มีน้ำหนักเบาที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อการหมุนท่ี ราบรื่น เพราะเหตุนี้จึงผลิตตัวใบพัดจากไฟเบอร์กลาส(fiberglass) และ คารบ์ อนไฟเบอร(์ carbon fiber)

14 ในกงั หนั สมยั ใหม่มใี บพดั สามตัวทตี่ ิดต้งั เขา้ กบั ดุม(Hub)โดยใช้นอ็ ตยึด ใบพัดจะห่างกันอยู่ท่ีมุม 120° วธิ ีน้ีคอื วธิ กี ารกระจายน้ำหนักของใบพดั ได้ดี ขึ้นและทำใหก้ ารหมุนราบร่นื ข้ึน รูปแสดงสว่ นของใบพัดกงั หันลม พรอ้ มดมุ ยึด มุมของใบพดั การคำนวณมุมใบพัดเราอาจคิดว่าต้องคำนึงถึงปัจจัยด้านความเร็วลม เพียงอย่างเดียวแต่ยังมีปัจจัยเรื่องความยาวของตัวใบพัด เนื่องจากถ้ากังหัน เกิดการหมุน 1 รอบ แต่ละส่วนของใบพัดจะมีความเร็วไม่เท่ากันโดยส่วน ปลายใบพัดจะมีความเรว็ ที่สูงกว่าส่วนโคนของใบพดั ถ้าเราออกแบบให้ใบตัว มีมุมที่เท่ากันตลอดทั้งใบจะทำให้ส่วนปลายและส่วนโคนจะมีความเร็ว

15 ใกล้เคยี งกัน จงึ เกิดความไม่สัมพันธก์ นั ระหว่างวงหมุนส่วนนอก(ปลายใบพัด) และวงหมุนสว่ นใน(โคนใบพดั )มีผลให้เกิดความเคลียดในตวั ใบพดั เราจึงต้อง ออกแบบมุมใบพัดให้สัมพันธ์กับความเร็วใบพัดด้วยไม่ใช่แค่ความเร็วลม อย่างเดียว ดังรูปดังกล่าวที่แสดงให้เห็นถึงมุมที่ไม่เท่ากันระหว่างช่วงปลาย ใบพดั และโคนใบพัดซ่ึงเปลย่ี นแปลงไปตามความเร็ว ณ จุดน้ัน โดยมีสตู รคือ ������������������������������������������������������ = ������������������������������ − ������������������������������������ รูป แสดงความสมั พันธ์ของมุมใบพัดกบั ความเรว็ ลม และความเร็วใบพดั

16 เพลากังหันลม (Shaft of Wind Turbine) คือเพลาที่เชื่อต่อโดยตรงกับดุมใบพัด(Hub)เป็นเพลาความเร็วต่ำ เมื่อ ใบพัดหมุนเพลานี้จะหมุนด้วยรอบต่อนาทีเช่นเดียวกับศูนย์กลางการหมุน แต่ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าชนิดความเร็วต่ำจะต่อโดยตรงกับเพลานี้เลย แต่ ส่วนใหญ่แล้วเพลาความเร็วตำจะถูกส่งไปยังเพลาความเร็วสูงโดยผ่านชุด เฝอื งเพอ่ื ทดความเรว็ เพมิ่ ไปยงั เครือ่ งกำเนิด (generator) รูปแสดงส่วนของเพลากงั หนั ลม

17 ชดุ เฟือง(Gearbox) โดยทัว่ ไปแล้วกงั หันลมจะไม่หมนุ ด้วยความเรว็ สงู แตจ่ ะหมุนเบาๆด้วย ความเร็วต่ำ แต่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าส่วนใหญ่ต้องการความเร็วรอบที่สูงเพื่อน สรา้ งกระแสไฟฟ้าในระดบั ที่ต้องการ ดังนั้นจะต้องมีการทดรอบเพ่มิ เพือ่ นให้ ไดค้ วามเรว็ ตามที่เคร่อื งกำเนิดต้องการ ตวั อยา่ งเชน่ ชดุ เคร่ืองอตั ราส่วนเพิ่ม รอบ 1:50 และเพลาฝั่งความเร็วต่ำหมุนอยุ่ที่ 20 รอบ/นาที ชุดเฟืองจะทด เพม่ิ รอบให้เปน็ 20x50=100 รอบ/นาที ไปยงั เคร่ืองกำเนดิ (generator) รูปแสดงส่วนของชุดเฟือง

18 เครอ่ื งกำเนดิ ไฟฟา้ (Generator) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่แปลงพลังงานเชิงกลทีได้รับมา จากเพลงเป็นพลังงานไฟฟ้า โดยในปัจจุบันเราใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้า เหนี่ยวนำในกังหันลมเป็นส่วนใหญ่ แต่ในก่อนหน้านี้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบ ซิงโครนัสได้รับความนิยมเป็นอย่างมาก แต่ในปัจจุบันเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แบบแม่เหล็กถาวรมีใช้งานอยู่ไม่กี่แห่งเท่านั้น เนื่องจากความเร็วของเพลา อาจเพิ่มได้โดยผ่านชุดเฝือง แต่ไม่สามารถทำให้ความเร็วคงที่ได้เนื่องจาก ความเร็วลม ดังนั้นความเร็วโรเตอร์จึงมีความแตกต่างกันออกไป การเปลี่ยนแปลงนี้มีผลต่อความถี่ และแรงดันไฟฟ้าของพลังงานที่สร้างข้ึน ด้วยเหตุนี้เราจงึ ใชเ้ ครอ่ื งกำเนิดไฟฟา้ เหนี่ยวนำ เนื่องจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเหน่ียวนำผลิตพลังงานไฟฟ้าผลิตพลังงาน ได้ตรงตามสเปคโดยไม่คำนึงถึงความเร็วของโรเตอร์ถ้าเราใช้เครื่องกำเนิด ไฟฟ้าแบบซิงโครนัสสามเฟสเราจะแก้ไขกำลังขับให้เป็น DC ก่อนแล้วจึง แปลงเป็น AC ตามความถี่และแรงดันที่ต้องการโดยใช้วงจรอินเวอร์เตอร์ เนื่องจากกกำลังไฟฟ้า AC ที่สร้างโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัส มี ความถี่และแรงดันไฟฟ้าที่ไม่คงที่ เป็นเหตุเดียวกับกรณีที่เราใช้เคร่ืองกำเนิด ไฟฟ้า DC จากตัวกำเนิดแล้วแปลงกลับไปเป็น AC ด้วยแรงดันและความถี่ที่ ตอ้ งการก่อนปอ้ นเขา้ ระบบ

19 รูปแสดงสว่ นของเคร่อื งกำเนดิ ไฟฟ้า เครอื่ งแปลงไฟ(Power Converter) เนื่องจากลมไม่คงท่ี ศักยภาพไฟฟ้าที่สร้างจากเครื่องกำเนิดจึงไม่มี ความคงท่ี แตเ่ ราต้องการแรงดันไฟฟา้ ท่ีมคี วามสเถียรมากเพ่ือปอ้ นเข้าระบบ และด้วยเหตุนี้เครื่องแปลงไฟจึงมีหน้าที่ช่วยรักษาความสเถียรของ แรงดันไฟฟ้าขาออกท่ีจะถูกสง่ ไปยงั ระบบ

20 รูปแสดงสว่ นของเครือ่ งแปลงไฟ รปู แสดงส่วนประกอบภายในห้องเครอ่ื งของ กังหันลม

21 เบรกของกงั หันลม (Wind turbine break) เป็นระบบความปลอดภัยหลักที่สำคัญเพื่อใช้หยุดกังหันลมทั้งในขณะ เวลาปกติและสภาวะฉุกเฉิน โดยระบบเบรกของกังหันลมขนาดใหญ่จะ ประกอบด้วยสองระบบคอื ระบบเบรกทางอากาศพลศาสตร์ เป็นระบบเบรกหลักที่สำคัญ มีความ ปลอดภัย และหยุดกังหันลมได้อย่างนิ่มนวลทำให้ไม่เกิดการฉีกขาดและการ สึกหรอกับกังหันลม มี 2 ลักษณะคือกังหันลมที่ปรับมุมใบพัดได้จะหมุน ใบพัดเป็นมุมประมาณ 90 องศาตามแนวแกนเพื่อทำการเบรก แต่กังหันลม ทไ่ี ม่สามารถปรับมุมใบพดั จะเบรกโดยการหมุนปลายใบพดั ไป 90 องศา ระบบเบรกทางกล เบรกทางกลจะใช้เป็นเบรกสำรองของระบบเบรก ทางอากาศพลศาสตร์ ใช้ในกรณีที่ทำการบำรุงรักษาหรือหยุดการใช้งาน กังหันลม (ทำใหก้ ังหันลมหยดุ น่ิง) รูปแสดงถึงลักษณะของปลายใบพัดท่ี สามารถปรับมุม90องศาได้

22 เครื่องวดั ความเรว็ ลม(Anemometer) ใช้เป็นตัววัดความเร็วลมและส่งข้อมูลไปยังชุดควบคุม(PLC)เพื่อควบคุม พลังงานลมทใี่ บพดั ต้องไดร้ ับโดยส่ัง Pitch driveหมุนปรบั องศาใบพัด หางเสือหาทศิ ทางลม(Wind Vane) เป็นเครื่องมือที่ใช้หาทิศทางของกระแสลมและส่งข้อมูลทีไ่ ด้ไปยังชุดควบคมุ (PLC) จากนั้นชุดควบคุม(PLC)จะสั่งให้ตัวเครื่องหันไปยังด้านท่ีจะรับลมได้ สูงสดุ ชดุ ปรับองศาใบพดั (Pitch Drive) ชุดปรับองศาใบพัด จะมีชุดมอเตอร์ขับเคลื่อนจะรับคำสั่งจากชุดควบคุม (PLC)อีกทีเพื่อทำการปรับองศาใบพัดให้เป็นไปตามความเร็วลมเพื่อให้การ เก็บพลงั งานมีประสทิ ธภิ าพสูงสุด ตวั ปรบั ทิศทางกงั หนั ลม(Yaw Drive) ตัวปรับทิศทางกังหันลมนั้น มีหน้าที่คอบหมุนส่วนห้องเครื่อง(nacelle)และ ส่วนใบพัด(Rotor Blades)ให้หมุนไปยังทิศทางตั้งฉากกับแนวลมเพื่อให้ ใบพดั รับลมอย่างเต็มที่โดยรับคำสั่งจากชุดควบคมุ (PLC)

23 เสา(Tower) เสาเป็นส่วนสำคัญที่คอยรองรับหน้าหนักส่วนต่าง ๆทั้งหมด และไม่ใช่ แค่นั้นความสูงของเสายังช่วยให้ใบพัดอยู่สูงในระดับที่ปลอดภัย และเพื่อ ความสามารถในการรบั แรงลมใหไ้ ด้สูงสดุ รปู แสดงเสา(Tower) ในรปู แบบต่าง ๆ

24 หาค่าประมาณของพลังงานไฟฟา้ ท่ไี ดจ้ ากลม สำหรบั กำลังไฟฟ้าทไี่ ด้รับจากเคร่อื งกำเนดิ ไฟฟ้าโดยพลงั งานลม สามารถคำนวณค่าประมาณไดจ้ ากสมการ P= 0.29626 × d2v3 เมอ่ื P คอื กำลงั ไฟฟา้ ขาออกจากเคร่ืองกำเนิดไฟฟ้าพลงั งานลม, W d คอื เส้นผ่านศูนย์กลางใบพดั ของเคร่อื งกงั หันลม, m v คือ ความเร็วลมท่ีหมุนใบพดั , m/s หาแรงในเครอื่ งกำเนิด(Generator) สมมตุ ใิ ช้เคร่อื งกำเนิดไฟฟา้ ขนาด 5 kW ทำงานท่ี 1500 rpm เป็น แบบ Self Excite(เครอื่ งกำเนดิ AC ชนิดทใ่ี ชข้ ดลวดเมนต่อกบั อาร์มาเจอร์ และอีกขดลวดหนง่ึ ทพ่ี ันต่อคอมมวิ เตเตอร์ เพื่อเปิดใหส้ นามแมเ่ หล็กกระตุ้น กระแสไฟโดยตรง)ขนาด 220 V เมื่อ Power = Volts x Amps ดังนั้น 5000 = 220 x I, I ~22 Amps Power = Torque (T) x Angular velocity (������) T50=00=5105T070x=26π30N1.=8 T x 2π x 1500 ดังนนั้ N.m 60 157 x T

25 หาแรงในกงั หันลม จาก Power (P) = ½ ρAV3 x CP เน่อื งจากเราต้องการผลติ กระแสไฟฟ้าใหไ้ ด้ 5000 W ที่จุด Maximum Cp ทค่ี วามเร็วสูงสุด 15 m/s ประมาณประสิทธภิ าพของกงั หันลม(Cp)ไว้ต่ำสดุ ที่ 0.2 5000 = ½ x ความหนาแนนอากาศ (ρ) x ความเรว็ ลมกำลังสอง (V2) x พ้นื ทขี่ องกงั หนั ลม (A) x ประสิทธิภาพของกังหันลม (Cp) ดงั น้นั จะได้ 5000 = ½ 1.225 x A x 152 x 0.2 จะได้ A = 9.67 M2 และ A = ความสงู (H) x เสน้ ผ่านศูนยก์ ลาง ใบพัด (D) A = 2RH ในการออกแบบกงั หนั ลมชนิดนก้ี ำหนดให้ H มคี ่าประมาณใกล้เคยี ง กนั มากทีส่ ดุ นนั้ คอื ตงั้ คา่ ความสงู ของใบพัด (H) = 3 เมตร และให้คา่ R = 3.5 M. เราจะได้ A = 10.5 M2 ดงั นนั้ คา่ คำนวณพลงั งานในชว่ งความเร็วลมต่าง ๆ ยกตัวอยา่ งเช่นที่ ลมมคี วามเรว็ 3m/s เราจะได้ P = ½ x 1.225 x 10.5 32 x 0.2 = 173.6 Watts และไดท้ ่คี วามเร็วลม 5 m/s ที่ประมาณ 800 watts

26 ผลกระทบลองลมในแต่ละภูมสิ ภาพ ผลกระทบของทุ่งกังหันลม (PARK EFFECT) เนื่องจากลมไหลผ่านใบพัดจะเกิดการหมุนวนในด้านหลัง ดังนั้น การเว้นระยะห่างจึงเป็นสิ่งสำคัญ โดยระยะห่างควรมีค่า 5-9 ท่าของ เส้นผ่านศูนย์กลางใบพัดในทิศทางลม และห่าง 3-5 เท่าของเส้นผ่าน ศูนย์กลางใบพัดในทิศทางตั้งฉากกับแนวลม ** ผลกระทบของความเร็วลมที่ลดลงจากการติดตั้งกังหันลมใน รูปแบบของทุ่งกังหันลมใกล้ๆกันจะส่งผลทำให้พลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้ มีค่าลดลงประมาณร้อยละ 5 **

27 ผลกระทบของเนินเขา(HILL EFFECT) ผลกระทบของลมที่เคลื่อนที่ผ่านเนินเขา เมื่ออากาศเคล่ือนที่ผ่าน เชิงเขาอากาศจะขยายตัว(ความเร็วลมจะลดลง) อากาศจะเกิดการบีบ ตัวที่บริเวณสับเขา ทำให้ความเร็วลมช่วงสันเขาจะมีค่าสูงสุดแต่ หลังจากผ่านสันเขาแล้วอากาศจะขยายตัวแล้วเกิดการปั่นป่วน ดังนั้น ควรพิจารณาติดตั้งตัวกังหันลมในบริเวณสันเขาเพื่อการรับลมอย่าง เต็มที่

28 ผลกระทบของช่องลม (TUNNEL EFFECT) ผลกระทบความเร็วลมที่ผ่าน ช่องเขา หรือช่องตึกสูง อากาศจะ ถูกบีบอัด แต่ถ้าหากบริเวณน้ันมีความไม่ราบเรียบ เช่น หินหรือเนินใน ช่องเขาจะส่งผลให้เกิดลมที่มีความปั่นปวน อาจส่งผลต่อการเลือก ติดตั้งกังหันลม เงาลม (WIND SHADE) เงาลมคือผลกระทบที่เกิดจากลมเคลื่อนท่ีผ่านสิ่งกีดขวางส่งผลให้ ความเร็วลมลดลงและลมเกิดความปั่นป่วนขึ้น มีผลกระทบต่อการ ติดต้ังกังหันลม

29 เลขในแนวแกนตัง้ แสดงถึงความสงู (m)/เลขในแนวแกน นอนแสดงถงึ ระยะหา่ ง(m) ตวั อยา่ ง: เมอ่ื ส่งิ กัดขวางเปน็ ตึกสูง 20 เมตร กวา้ ง 60 เมตร และกงั หนั ลม สูง 35 เมตร อยหู่ ่าง 171 เมตร (สฟี า้ )

30 อ้างอิง • https://teachergeek.org/wind_turbine_types.pdf • https://www.electrical4u.com/basic-construction-of-wind- turbine/ • https://www.learnengineering.org/working-and-design- detials-of-wind-turbines.html

31 ขอบคณุ ครับ

32