แนวทางการเปรียบเทียบระหว่างกังหันลมแนวนอนและกังหันลมแนวตั้งมีอะไรบ้าง?

บทนำ

ในการค้นหาวิธีการพลังงานที่ยั่งยืน กังหันลมโดดเด่นเป็นเทคโนโลยีสำคัญที่ใช้พลังงานธรรมชาติจากลมในการผลิตไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม กังหันลมไม่ใช่ทั้งหมดที่เท่ากัน ความแตกต่างระหว่างกังหันลมแกนแนวนอนและกังหันลมแกนตั้งเป็นการเบี่ยงเบนทางเทคโนโลยีที่สำคัญ โดยแต่ละประเภทมีข้อดี ความท้าทาย และการใช้งานที่แตกต่างกัน สองประเภทของกังหันลมที่ใช้กันทั่วไปคือ กังหันลมแกนแนวนอน (ฮอต) และกังหันลมแกนตั้ง (VAWT) การออกแบบทั้งสองนี้ครองตลาดในปัจจุบันและปฏิวัติวิธีที่เรานำพลังงานลมมาใช้ในการผลิตไฟฟ้าที่สะอาด

ภาพรวมของกังหันลม

กังหันลมเป็นอุปกรณ์ที่เปลี่ยนพลังงานจลน์จากลมให้เป็นพลังงานไฟฟ้า จนถึงปี 2020 ฟาร์มลมซึ่งประกอบด้วยกังหันหลายแสนตัวได้ผลิตพลังงานมากกว่า 650 กิกะวัตต์ทั่วโลก โดยมีการเพิ่มขึ้นประจำปีประมาณ 60 กิกะวัตต์ กังหันเหล่านี้มีความสำคัญในการลดการพึ่งพาพลังงานฟอสซิลโดยการให้แหล่งพลังงานที่สามารถทดแทนได้

ประเภทของกังหันลม

เราจัดประเภทกังหันลมหลักๆ เป็นสองประเภท: กังหันลมแกนแนวนอน (HAWTs) และกังหันลมแกนตั้ง (VAWTs) HAWTs เป็นรูปแบบที่ดั้งเดิมมากกว่า ประกอบด้วยใบพัดสามใบและทำงานอยู่ด้านหน้าของเสา . นี่คือโมเดลที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน ส่วนใหญ่เนื่องจากประสิทธิภาพในการจับลม ในทางกลับกัน VAWTs ซึ่งรวมถึงการออกแบบเช่นโมเดล Darrieus ไม่จำเป็นต้องจัดแนวกับลม ซึ่งให้ข้อได้เปรียบในพื้นที่ที่มีทิศทางลมที่แปรผัน แม้ว่าการออกแบบของพวกเขาจะมีนวัตกรรม แต่ VAWTs ดูเหมือนจะไม่เป็นที่แพร่หลายเนื่องจากประสิทธิภาพและกำลังผลิตที่ต่ำกว่าของพวกเขาเมื่อเปรียบเทียบกับ HAWTs.

กังหันลมแกนแนวนอน (HAWT) คืออะไร?

กังหันลมแกนแนวนอน (HAWTs) เป็นที่นิยมใช้ทั่วโลก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเป็นที่รู้จักในด้านประสิทธิภาพและการผลิตพลังงานสูง กังหันเหล่านี้มีโรเตอร์ที่มีใบพัดออกแบบทางอากาศพลศาสตร์ ซึ่งขนานกับพื้นดิน ทำให้สามารถจับพลังงานลมได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ส่วนประกอบหลัก

ส่วนประกอบหลักของ HAWTs ประกอบด้วยใบพัด, เกียร์, เครื่องกำเนิดไฟฟ้า, และนาคาเซล ซึ่งเป็นที่เก็บส่วนประกอบทั้งหมดที่ทำงาน ใบพัดมักเชื่อมต่อกับเกียร์ที่เพิ่มความเร็วในการหมุนเพื่อขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ HAWTs สมัยใหม่ยังมีเครื่องวัดความเร็วลมและตัวควบคุมเพื่อปรับทิศทางใบพัดตามทิศทางของลม

ข้อดีและข้อเสีย

HAWTs มีข้อดีหลายประการ:

• ประสิทธิภาพสูง: พวกเขาสามารถแปลงพลังงานลมได้ 40 ถึง 50% เป็นไฟฟ้า
• ความเชื่อถือได้เนื่องจากการพัฒนามานานหลายทศวรรษ HAWTs มีความน่าเชื่อถือสูงและเข้าใจได้ดี
• กำลังไฟฟ้า: สามารถผลิตไฟฟ้าในปริมาณมากเพียงพอที่จะจ่ายไฟให้กับบ้านหลายพันหลัง

อย่างไรก็ตาม พวกเขายังนำเสนอความท้าทายบางประการ:

• ขนาดและการขนส่ง: ขนาดใหญ่ของพวกเขาทำให้การขนส่งและการติดตั้งซับซ้อน
• ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม: มลพิษทางเสียงและอันตรายที่อาจเกิดขึ้นกับสัตว์ป่าเป็นข้อกังวลที่สำคัญ
• การบำรุงรักษา: เนื่องจากความซับซ้อนและขนาดของพวกเขา การบำรุงรักษาอาจเป็นเรื่องท้าทายและมีค่าใช้จ่ายสูง

กังหันลมเหล่านี้โดดเด่นในฟาร์มลมขนาดใหญ่สำหรับการผลิตไฟฟ้าจำนวนมาก โดยใช้ลมที่แรงขึ้นในระดับความสูงที่มีประสิทธิภาพ

กังหันลมแนวตั้ง (VAWT) คืออะไร?

คำจำกัดความและภาพรวม

กังหันลมแกนตั้ง (VAWT) มีเพลาหมุนหลักที่จัดเรียงขวางกับลมและตั้งฉากกับพื้นดิน การออกแบบนี้ ซึ่งยังเป็นที่รู้จักในชื่อ “กังหันลมแกนขวาง” หรือ “กังหันลมแบบไหลข้าม” ช่วยขจัดความจำเป็นในการใช้กลไกการปรับทิศทางเพื่อหันหน้าเข้าหาลม ทำให้การออกแบบง่ายขึ้นและลดความจำเป็นในการใช้อุปกรณ์ตรวจจับลม ซึ่งแตกต่างจากกังหันลมแกนแนวนอนที่พบได้ทั่วไป

ส่วนประกอบหลัก

ส่วนประกอบหลักของ VAWT ประกอบด้วยใบพัดที่ตั้งอยู่ในแนวตั้งซึ่งหมุนรอบแกนแนวตั้ง กังหันเหล่านี้มักจะมีการติดตั้งเกียร์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ฐาน ทำให้เข้าถึงได้ง่ายขึ้นสำหรับการบำรุงรักษา การออกแบบนี้ช่วยให้สามารถใช้วัสดุผสมสมัยใหม่เพื่อเพิ่มความทนทานและประสิทธิภาพ แก้ไขปัญหาต่างๆ เช่น ความเมื่อยล้าของใบพัดและการหยุดชะงักแบบพลศาสตร์จากมุมลมที่แตกต่างกัน

ข้อดีและข้อเสีย

HAWTs มีข้อดีหลายประการ:

• ความสามารถในการปรับตัวต่อทิศทางลมที่เปลี่ยนแปลง: สามารถทำงานในลมจากทิศทางต่างๆ โดยไม่ต้องปรับเปลี่ยน.
• ความเหมาะสมสำหรับสภาพแวดล้อมที่อยู่อาศัยและเมือง:
  • ระดับเสียงรบกวนต่ำ: ทำงานด้วยเสียงที่น้อยลง.
  • ความเข้ากันได้ทางสุนทรียศาสตร์: การออกแบบสามารถผสมผสานได้ง่ายขึ้นกับสภาพแวดล้อม.
• การติดตั้งและบำรุงรักษาที่ง่าย:
  • ส่วนประกอบที่เข้าถึงได้จากพื้นดินชิ้นส่วนที่สำคัญตั้งอยู่ที่ระดับพื้นดิน ทำให้สามารถให้บริการและบำรุงรักษาได้ง่ายขึ้น

อย่างไรก็ตาม พวกเขายังนำเสนอความท้าทายบางประการ:

• แรงต้านอากาศพลศาสตร์: ประสบกับแรงต้านอากาศที่มากขึ้นในระหว่างการหมุน ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพ
• ประสิทธิภาพต่ำ: มีประสิทธิภาพน้อยกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับกังหันลมแกนแนวนอน (HAWTs).

การเข้าถึงความเร็วลมที่จำกัด: ความใกล้ชิดกับพื้นดินจำกัดการเข้าถึงความเร็วลมที่สูงขึ้น ซึ่งลดการผลิตพลังงานโดยรวม

ความแตกต่างหลักระหว่าง VAWT และ HAWT

แกนหมุน

กังหันลมแกนแนวนอน (HAWTs) มีแกนหมุนขนานกับพื้นดิน ทำให้เหมาะสมสำหรับการจับลมที่แรงขึ้นในระดับความสูงที่สูงขึ้น ในทางตรงกันข้าม กังหันลมแกนตั้ง (VAWTs) มีแกนตั้ง ซึ่งเป็นประโยชน์ในสภาพแวดล้อมที่มีทิศทางลมที่เปลี่ยนแปลงและความเร็วลมที่ต่ำกว่า

ประสิทธิภาพและการบำรุงรักษา

HAWTs โดยทั่วไปมีประสิทธิภาพสูงกว่า โดยสามารถจับพลังงานลมได้ 50% ถึง 60% ซึ่งสามารถอธิบายได้จากการตั้งอยู่ที่ความสูงที่มากขึ้นและวิศวกรรมที่ซับซ้อน ในทางกลับกัน VAWTs มีประสิทธิภาพมากกว่า 70% ในสภาวะที่เหมาะสม แต่ประสิทธิภาพจริงของพวกเขาอาจต่ำกว่าเนื่องจากอยู่ใกล้กับพื้น การบำรุงรักษาสำหรับ VAWTs มีความเสี่ยงน้อยกว่าและเข้าถึงได้ง่ายกว่า เนื่องจากส่วนประกอบทางกลของพวกเขาอยู่ที่ฐาน แตกต่างจาก HAWTs ที่ต้องการการบำรุงรักษาที่ความสูงที่สำคัญ

การออกแบบและการติดตั้ง

การออกแบบและการติดตั้ง HAWTs มีความซับซ้อนและมีค่าใช้จ่ายสูงกว่าเนื่องจากต้องการการจัดแนวที่แม่นยำกับลมและการสนับสนุนโครงสร้างที่สำคัญ อย่างไรก็ตาม VAWTs มีความเรียบง่ายในการออกแบบและการติดตั้ง ซึ่งมักส่งผลให้มีค่าใช้จ่ายรวมที่ต่ำกว่า

แอปพลิเคชัน

HAWTs ถูกใช้เป็นหลักในฟาร์มลมขนาดใหญ่เนื่องจากประสิทธิภาพและการผลิตพลังงานที่สูง VAWTs พบมากขึ้นในสภาพแวดล้อมในเมืองและที่อยู่อาศัยซึ่งระดับเสียงที่ต่ำกว่าและขนาดที่เล็กกว่ามีข้อได้เปรียบ นอกจากนี้ยังเหมาะสำหรับพื้นที่ที่มีสภาพลมไม่เสถียรเนื่องจากความสามารถในการจับลมจากทุกทิศทาง

บทสรุป

ตลอดการสนทนานี้ เราได้สำรวจความแตกต่างที่สำคัญระหว่าง HAWTs และ VAWTs โดยมุ่งเน้นที่การออกแบบ ประสิทธิภาพ การใช้งาน และความท้าทายและข้อดีที่เกี่ยวข้อง การเข้าใจความแตกต่างเหล่านี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานและความยั่งยืนในโซลูชันพลังงานหมุนเวียน