ทุ่งกังหันลม (Wind Farm)

ทุ่งกังหันลม (wind Farm) คือกลุ่มของกังหันลมที่ติดตั้งในบริเวณเดียวกันสำหรับผลิตกระแสไฟฟ้า กระจายไปทั่วพื้นที่ ที่ดินระหว่างกังหันสามารถทำประโยชน์อื่นได้ เช่น เกษตรกรรมหรืออื่นๆ ทุ่งกังหันลมอาจจะอยู่ได้ทั้งบนบกและในทะเล ทุ่งกังหันลมขนาดใหญ่เกือบทั้งหมดใช้กังหันลมแกนแนวนอน ที่มีใบพัดสามใบหันหน้าเข้าสู่ลม โดยโรเตอร์ของใบพัดยึดติดกับห้องเครื่องของกังหันลมซึ่งติดตั้งอยู่บนยอดเสาทรงกระบอก กังหันลมแต่ละตัวจะเชื่อมต่อกันภายในด้วยระบบแรงดันไฟฟ้าปานกลาง (ส่วนใหญ่ 34.5 กิโลโวลต์) พร้อมระบบการจัดเก็บพลังงานและเครือข่ายการสื่อสารกับสถานีย่อย แรงดันไฟฟ้าปานกลางจะถูกยกระดับขึ้นให้เป็นไฟฟ้าแรงดันสูงโดยใช้หม้อแปลงไฟฟ้า เพื่อเชื่อมต่อไฟฟ้ากับระบบแรงดันสูงในระบบส่งกำลัง

ทุ่งกังหันลมบนบก (onshore wind farm) ขนาดใหญ่หลายแห่งที่ใช้งาน ตั้งอยู่ในประเทศสหรัฐอเมริกา ในปี ค.ศ. 2012 ทุ่งกังหันลม Alta Wind Energy Center เป็นทุ่งกังหันลมที่ใหญ่ที่สุดในโลกขนาด 1,020 เมกะวัตต์ และรองลงมา คือ ทุ่งกังหันลม Shepherds Flat Wind Farm (845 เมกะวัตต์) และทุ่งกังหันลม Roscoe Wind Farm (781.5 เมกะวัตต์) เดือนกันยายน ค.ศ. 2012 ส่วนทุ่งกังหันลมนอกชายฝั่งทะเล (offshore wind farm) ทุ่งกังหันลมนอกชายฝั่งทะเล Sheringham Shoal Wind Farm และทุ่งกังหันลมนอกชายฝั่งทะเล Thanet Wind Farm ในสหราชอาณาจักรเป็นทุ่งกังหันลมนอกชายฝั่งทะเลที่ใหญ่ที่สุดในโลกขนาด 317 เมกะวัตต์และ 300 เมกะวัตต์ ตามลำดับ ตามมาด้วยทุ่งกังหันลมนอกชายฝั่งทะเล Horns Rev II Wind Farm ในประเทศเดนมาร์ก ขนาด 209 เมกะวัตต์

ทุ่งกังหันลมบนบก Whitelee Wind Farm สก็อตแลนด์ สหราชอาณาจักร
ที่มา : https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/23/Whitelee_with_arran_in_the_background.jpg

ทุ่งกังหันลมนอกชายฝั่งทะเล Kentish Flats Offshore Wind Farm นอกชายฝั่งเค้นท์ ประเทศอังกฤษ
ที่มา : http://www.evwind.es/wp-content/uploads/2013/01/Offshore-Wind-Energy.jpg

ผลกระทบของทุ่งกังหันลม (PARK EFFECT)

ผลกระทบของความเร็วลมที่ลดลงจากการติดตั้งกังหันลมในทุ่งกังหันลม เนื่องจากผลกระทบของการหมุนวนด้านหลังของของไหล ดังนั้น การเว้นระยะระหว่างกังหันจึงเป็นเรื่องสำคัญ โดยระยะห่างระหว่างกังหันลมควรมีค่า 5 ถึง 9 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางใบพัดในทิศทางลม และมีค่า 3 ถึง 5 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางใบพัดในทิศตั้งฉากกับทิศทางลม ผลกระทบของความเร็วลมที่ลดลงจากการติดตั้ง

กังหันลมในทุ่งกังหันลมจะส่งผลทำให้พลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้ มีค่าลดลงประมาณร้อยละ 5

ตำแหน่งการติดตั้งกังหันลม

ผลกระทบของความเร็วลมในทุ่งกังหันลมในทะเล Horns Rev 1
ที่มา : http://www.pennenergy.com/

ผลกระทบของเนินเขา(HILL EFFECT)

ผลกระทบของลมที่เคลื่อนที่ผ่านพื้นที่เนินเขา เมื่ออากาศเคลื่อนที่ผ่านเชิงเขาอากาศจะขยายตัว (ความเร็วลมลดลง) และอากาศจะถูกบีบอัดที่บริเวณยอดเขา ส่งผลทำให้ความเร็วลมสูงขึ้นกว่าบริเวณพื้นที่โดยรอบ (ความเร็วลมมีค่าสูงสุดที่สันเขา) หลังจากอากาศเคลื่อนที่ผ่านสันเขา อากาศจะขยายตัวและเกิดการปั่นป่วน ในพื้นที่ลักษณะนี้ควรติดตั้งกังหันลมที่บริเวณสันเขาเพื่อให้ได้รับประโยชน์จากความเร็วลมที่เพิ่มขึ้นได้อย่างเต็มที่

ผลกระทบของเนินเขา (บน) และความเร็วลมเปลี่ยนแปลงจาก ผลกระทบของเนินเขา (ล่าง)

กังหันลมที่ติดตั้งอยู่บนยอดเขา
ที่มา : http://www.cbc.ca/daybreaknorth/6211363425_2bc38cd72a_b.jpg

ผลกระทบของช่องลม (TUNNEL EFFECT)

ผลกระทบของความเร็วลม เมื่อเคลื่อนที่ผ่านอุโมงค์ ช่องเขาแคบ ๆ หรือช่องระหว่างอาคารสูง อากาศจะถูกบีบอัด ส่งผลทำให้ความเร็วลมเพิ่มขึ้น นำมาใช้เป็นพลังงานป้อนกังหันลมได้ แต่ถ้าเกิดในบริเวณช่องเขาที่ไม่ราบเรียบจะส่งผลให้เกิดความปั่นป่วนขึ้น และส่งผลกระทบต่อกังหันลมที่ติดตั้งไว้

การติดตั้งกังหันลมในบริเวณช่องภูเขา

การออกแบบอาคารร่วมกับการติดตั้งกังหันลม
ที่มา : http://farm3.static.flickr.com/2359/2139274930_5c7be4866d.jpg?v=0

การออกแบบอาคารร่วมกับการติดตั้งกังหันลม The Strata Tower in London's Elephant
ที่มา : http://cdn.powermag.com/

เงาลม (WIND SHADE)

ความเร็วลมที่ลดลงหลังจากการเคลื่อนที่ผ่านสิ่งกีดขวางซึ่งส่งผลกระทบต่อพลังงานที่กังหันลมผลิตได้ โดยที่กังหันลมที่ตั้งอยู่ในเขตเงาลมผลิตพลังงานได้จะมีค่าลดลงและแปรผันกับความเร็วลมที่ลดลงยกกำลัง 3 การลดผลกระทบของเงาลม คือ ต้องตั้งกังหันลมให้ห่างจากสิ่งกีดขวางเป็นระยะที่เหมาะสม ปัจจัยที่มีผลต่อเงาลม คือขนาด รูปร่างของสิ่งกีดขวาง รวมทั้งทิศทางลม

ร้อยละของความเร็วลมหลังสิ่งกีดขวางเทียบกับความเร็วลมที่ไม่ผ่านสิ่งกีดขวาง

ร้อยละของพลังงานลมหลังสิ่งกีดขวางเทียบกับพลังงานลมที่ไม่ผ่านสิ่งกีดขวาง เมื่อสิ่งกีดขวางเป็นตึกสูง
20 เมตร กว้าง 60 เมตร และกังหันลมสูง 50 เมตร อยู่ห่าง 300 เมตร (แถบสีเหลือง)

Bibliography

กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน. (2557). พลังงานลม. In กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน, สารานุกรมพลังงานทดแทน (pp. 286,292,299,306,310). กรุงเทพมหานคร, ประเทศไทย.