‘มทร.ธัญบุรี’วิจัยกังหันลมลอยน้ำ ต่อยอดพลังงานทดแทนบนชายฝั่ง

ไทยโพสต์ ฉบับวันที่ 24 ธันวาคม พ.ศ. 2562
นายวงศกร วิเศษสัจจา และนายเดชา อินทร์โทโล่ นักศึกษาปริญญาเอก สาขาวิชาวิศวกรรมพลังงานและวัสดุ คณะวิศวกรรมศาสตร์  มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคล (มทร.) ธัญบุรี เปิดเผยว่า ได้ศึกษาวิจัยกังหันลมลอยน้ำ เพื่อต่อยอดพัฒนาเทคโนโลยีกังหันลม ซึ่งพลังงานทดแทน โดยมี ผศ.ดร.วิรชัย โรยนรินทร์ นายกสมาคมพลังงานทดแทนสู่ชุมชนแห่งประเทศไทย นักวิจัยและอาจารย์คณะวิศวกรรมศาสตร์ เป็นที่ปรึกษางานวิจัย

นายวงศกรกล่าวว่า ด้วยข้อจำกัดของกังหันลมบนฝั่ง ไม่ว่าจะในเรื่องของพื้นที่ติดตั้ง เสียงที่ไม่พึงประสงค์ ตลอดจนผลกระทบทางทัศนียภาพ จากการหาข้อมูลพบว่ามีการใช้กังหันลมไม่กี่ประเทศ ฟาร์มกังหันลมลอยน้ำที่ใหญ่ที่สุดคือ ประเทศสกอตแลนด์ จึงอยากที่จะศึกษาและพัฒนาเทคโนโลยีกังหันลมลอยน้ำต้นแบบขึ้นมา ข้อดีของแหล่งทรัพยากรลมนอกชายฝั่งนั้นมีความเร็วลมสูงกว่า มีกระแสลมปั่นป่วนที่น้อย มีความสอดคล้องในแง่ของการไหลเวียนของลมมากกว่า และมีความสามารถในการผลิตไฟฟ้าร้อยละ 40 เมื่อเทียบกับกังหันลมชนิดที่อยู่บนฝั่ง โดยงานศึกษาและวิจัยในครั้งนี้สามารถนำไปต่อยอดใช้ประโยชน์ในอนาคต การปั่นกระแสไฟฟ้าบนเกาะและตามชายฝั่งทะเล
โดยการพัฒนากังหันลมแบบลอยน้ำมีวัตถุประสงค์เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของกังหันลมให้ดีขึ้น แต่อย่างไรก็ตาม ปัญหาเกิดขึ้นเนื่องจากมุมเอียงจากการปะทะของลมที่ใบกังหันและโครงสร้างของทุ่นซึ่งนำไปสู่การเยื้องศูนย์ตามแนวแกนตั้งของแนวแกนกังหัน ดังนั้นพื้นที่หน้าตัดของใบกังหันและความสามารถในการดักจับพลังงาน
จึงลดลง งานวิจัยนี้พยายามที่จะเปรียบเทียบอิทธิพลของมุมเอียงของโรเตอร์ต่อประสิทธิภาพของกังหันลมระหว่างกังหันลมแบบเสายึดตรึง และกังหันลมแบบลอยน้ำ ซึ่งแบบจำลองที่นำมาใช้ในการทดลอง ใบพัดส่วนแพนอากาศรุ่น R1235 ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 84 ซม. ผลงานการออกแบบของ ผศ.ดร.วิรชัย โรยนรินทร์ นายกสมาคมพลังงานทดแทนสู่ชุมชนแห่งประเทศไทย
โดยออกแบบมาเพื่อให้ทำงานในเขตภูมิประเทศความเร็วลมต่ำ และทำให้เกิดแรงยกที่ใบกังหันสูงขึ้น และมีค่าเรย์โนลด์นัมเบอร์ที่ต่ำ ทดลองโดยใช้อุโมงค์ลม ณ ศูนย์บริการและ วิจัยพลังงานมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี โดยอุโมงค์ลมจะมีพัดลมแบบแรงเหวี่ยงขนาด 20,000 CFM ที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ขนาด 11 kW และอุปกรณ์ควบคุมความเร็วลมได้ ซึ่งอุโมงค์ลมมีความสูง 3 เมตร ความกว้าง 4 เมตร และความยาว 4.5 เมตร พร้อมช่องลมขนาด 1 เมตร 1 เมตร ส่วนขนาดของถังเก็บน้ำมีความสูง 0.8 เมตร ความกว้าง 1.35 เมตร และความยาว 1.4 เมตร
นายวงศกรกล่าวเพิ่มเติมว่า ในการวิเคราะห์และวัดค่าข้อมูลโดยใช้ anemometer วัดความเร็วลม tachometer วัดอัตราเร็วในการหมุนที่ความเร็วลมต่างๆ และ angle meter ใช้วัดมุมเอียง ใช้ความเร็วลมตั้งแต่ 2-5.5 เมตร/วินาที นำอัตราความเร็วในการหมุนของกังหันลมทั้งสองแบบมาเปรียบเทียบกันพบว่า อัตราความเร็วในการหมุนของกังหันลมลอยน้ำจะต่ำกว่ากังหันแบบเสายึดติดตรึง
นอกจากนี้ ผลการทดสอบพบว่า ที่มุมเอียงของโรเตอร์ตั้งแต่ 3.5-6.1 องศา ยังมีการสูญเสียประสิทธิภาพของกังหันลม ซึ่งจะแตกต่างกันออกไประหว่างร้อยละ 22-32 ที่ความเร็ว
ลมต่างๆ โดยมุมเอียงจะมีผลกระทบต่อกังหันลมลอยน้ำอย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากมุมปะทะเกิดเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง จึงทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งที่เหมาะสมของใบพัด ซึ่งมุมปะทะในลักษณะนี้ทำให้พื้นที่หน้าตัดของใบกังหันนั้นเปลี่ยนแปลง นำไปสู่การลดกำลังในการแปลงพลังงานของกังหันลม
อย่างไรก็ตาม จากผลการทดลองในอุโมงค์ลมพบว่าการเอียงของใบกังหันลมนั้นสามารถรักษาค่าสัมประสิทธิ์พลังงานที่สูง และยังทำให้กังหันลมลอยน้ำนั้นสามารถผลิตไฟฟ้าได้มากกว่ากังหันลมบนบก แต่ยังรอผลการพิสูจน์ของผลจากการจำลองโมเดลในโปรแกรมคำนวณพลศาสตร์ของไหลในคอมพิวเตอร์ เพื่อการเปรียบเทียบความ ถูกต้อง
ผู้สนใจสอบถามรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่ สมาคมพลังงานทดแทนสู่ชุมชนแห่งประเทศไทย คณะวิศวกรรมศาสตร์ มทร.ธัญบุรี โทร. 0-2549-3497.