คงไม่มีใครไม่รุ้จัก กังหันลม หรือ วินด์มิลล์ (WINDMILL) ในประเทศไทย บ้านเรา สมัยก่อนเราก็คงจะพบเห็นกันได้บ่อยตามหัวไร่ปลายนา ที่ชาวบ้านสร้างเอาไว้ใช้เพื่อวิดน้ำเข้าท้องนา ไม่ต้องพึ่งพลังงานจากไฟฟ้า ซึ่งเมื่อก่อน หลายพื้นที่ทั่วไทย ก็ไม่มีไฟฟ้าใช้
เดี๋ยวนี้อาจหายไปแล้ว เพราะส่วนใหญ่ก็มีไฟฟ้าเข้าถึงกันแทบจะทุกครัวเรือน และแม้ที่ห่างไกลและยังไม่มีไฟเข้าไปถึง ต่างก็หันมาใช้พลังแสงอาทิตย์เป็นพลังงานทางเลือก ซึ่งนับวันจะมีต้นทุนถูกลง และติดตั้งก็ง่าย
ส่วนต่างประเทศ ที่จริงก็ยังมีแพร่หลายในประเทศแถบยุโรป โดยเฉพาะที่นี่ เป็นสัญลักษณ์คู่ประเทศเลย ประเทศ Holland หรือเปลี่ยนชื่อมาเป็น Netherlands ถึงวันนี้ ใครเคยไปเที่ยวหรือมีเพื่อนไปมา บ่อยครั้งก็มักจะซื้อกังหันลมอันจิ๋วติดมือมาเป็นของฝาก
ปัจจุบันมี การสร้างฟาร์มพลังงานลมเชิงอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ นอกชายฝั่งกว่า 162 แห่ง และยังมีที่อยู่ระหว่างก่อสร้างอีก 26 แห่ง รวมกันสามารถผลิตพลังงานได้มากถึง 5,206 MW เฉพาะในปี 2020
ตัวอย่างนึงของนวัตกรรม โครงการหนึ่งที่น่าสนใจมาก เพราะมันเป็นต้นแบบที่มีการสร้าง Offshore Wind Turbine ขนาดใหญ่ โดยไม่ได้ฝังเสาลงไปที่ชั้นหินใต้ทะเล ตัวกังหันลมที่สูงกว่า 175 เมตรจากผิวน้ำ (และมีเสาหรือทุ่นจมอยู่ใต้น้ำ 78 เมตร ถูกยึดให้ตั้งฉากและอยู่กับที่โดยเคเบิลใต้น้ำหลายเส้น ที่ไปลากไปยึดกับฝั่ง หรือไม่ก็ลากลึกไปยึดกับพื้นหินใต้ทะเลที่ลึกลงไปมากได้
โครงการกังหันลมต้นแบบนี้ เหมาะที่จะใช้นอกชายฝั่งไกลออกไป ที่ซึ่งลมแรงมากกว่าพื้นที่ทะเลไกล้ชายฝั่ง ทำให้มีโอกสจะเก็บเกี่ยวพลังงานได้มากกว่าแบบเก่าหลายเท่าตัว
ปกติกังหันลม Offshore Wind Turbine ทั่วไป จะต้องติดตั้งไม่ห่างออกจากชายฝั่งเกินกว่า 32 km เพื่อให้ทะเลไม่ลึกเกินไป วิศวกรสามารถฝังตอม่อใต้ทะเล เพื่อเป็นฐานตั้งเสากังหันได้
จากตัวอย่างที่ Hywind เพียงที่เดียว ทั้งระบบมีกังหันลมแบบใหม่เพียง 5 ชุด และปัจจุบันด้วยประสิทธิภาพเพียง 57.1% สามารถให้พลังงานแก่บ้านเรือนกว่า 36,000 หลังในประเทศอังกฤษ
กำเนิดของกังหันลม
มีข้อมูลสนับสนุนว่า นักคณิตและวิศวกรชาวกรีกโบราณ มีการพูดถึงต้นแบบของกังหันลมในช่วงต้นศตวรรษที่ 1 ซึ่งตอนนั้นมันดูยังไม่คล้ายกังหันลมปัจจุบัน และการใช้ประโยชน์หลักของมันก็ตรงไปตรงมา เขาพัฒนามันขึ้นมาเพื่อให้คันชักที่ถูกทำให้โยกขึ้นลง ไปดันกระบอกสูบเพื่อปั๊มลมจากกระบอกออก ไปเป่าเครื่องดนตรี Organ เพื่อให้บรรเลงเป็นเสียงเพลง
ผ่านไปอีกหลายร้อยปี จนย่างเข้าที่ศตวรรษที่ 9th/10th มีการพัฒนารูปแบบ และเริ่มนำกังหันลมไปใช้ประโยชน์จริงจัง จนในที่สุดมันก็และแปรสภาพมา อยู่ในรูปลักษณ์ปัจจุบันที่เราคุ้นเป็นหน้ากัน
รุ่นแรกๆ ตัวใบพัดส่วนใหญ่ถูกสร้างมาจาก ใบหญ้านำมาสานเป็นผืน หรือใช้ผ้าใบเรือ มาเย็บติดกับโครงไม้ หรือโครงเหล็ก ส่วนตัวกำเนิดพลังงานก็มาจากการนำระบบสายพานและมูลี่มาใช้เชื่อมโยงการหมุนของแกนของใบพัด กับการหมุนเครืองกำเนิดพลังงาน
เบื้องต้นก็เพื่อต่อไปใช้วิดน้ำ ฉุดน้ำเข้าพื้นที่ไร่นา เพื่อการชลประทาน ใช้เพื่อทุ่นแรงทำ โม่แป้งหรือเมล็ดพันธ์ซีเรียล ในการแปรรูปเกษตรเบื้องต้น และในที่สุด มันก็เป้นที่นิยม และก็มีการสร้างขึ้นมากมาย เริ่มจากทางแถบตะวันออกกลาง เอเซียกลาง และขยายการใช้งานไปที่ยุโรป ในที่สุด ก็มีการนำไปแนะนำ และก็สร้างเพื่อใช้งานแพร่หลายในจีน อินเดีย และก็เอเซียในที่สุด
Horizontal vs. Verticle Windmill
กังหันลมแบ่งได้ออกเป็น 2 ประเภทหลัก โดยดูที่แกนหมุน (ตัวกำเนิดพลังงาน) ที่ใช้เพื่อขับเคลื่อนตัวกำเนิดพลังงาน โดยถ้าแกนหมุนมีการวางขนานราบไปกับพื้น แนวเดียวกับแกนของใบพัด มันก็คือแบบ Horizontal เป้นแบบที่กำเนิดก่อน และก็เป็นแบบที่นิยมและก็ใช้แพร่หลาย ตังแต่อดีตจนถึงปัจจุบัน เราสามารถพบเห็นได้ทั่วไป ทั้งแบบเก่าหรือรุ่นใหม่ทันสมัย ข้อดีของมัน คือว่ามันให้พลังงานมากกว่า มีประสิทธิภาพสูง สร้างพลังงานจากลมได้ในอัตราที่ดีกว่า แต่รูปแบบของมัน ทำให้ต้องมีขนาดที่ใหญ่พอสมควร ทั้งขนาดโครงสร้าง ความสูงจากพื้นดิน ใบพัดและก็เ สา นอกจากนั้น การติดตั้งเพื่อให้เกิดประโยชน์สูงสุด เราต้องนำมันไปติดตั้งในสถานที่มีลมแรงเฉลี่ยตลอดทั้งปี และสม่ำเสมอ ถึงจะให้พลังงานคุ้มค่ากับการลงทุน ช้อเสียสำคัญอีกอย่าง คือการบำรุงรักษาก็ยาก เพราะส่วนใหญ่อยู่สูง การทำงานลำบาก และมีความเสี่ยง
Verticle กังหันลมแบบนี้ จะมีแกนหมุนวางตั้งฉาก (or perpendicular 90 degree) ไปกับพื้น หลักๆ ก็อยู่ในใจกลางของเสาที่ตั้ง ข้อดีของกังหันแบบนี้ คือมันไม่ต้องมีขนาดใหญ่ หรือสูงมากนัก มีน้ำหนักน้อย ต้องการพื้นที่ในการติดตั้งและปฎิบัติงาน (operational footprint) ต้ำ การติดตั้งก็ง่าย เสียงก็ไม่ดัง เหมาะกับการนำไปใช้ในบ้านเรือน หรือแหล่งชุมชน แม้กระทั่งบนหลังคาอาคารทั่วไป ที่สำคัญ มันสามารถหมุน (กำเนิดพลังงานโดยลม) ได้ง่าย แม้ด้วยแรงลมเบาเฉื่อย ตัวใบพัดที่ถูกออกแบบให้หมุนได้ด้วย momentum ที่ต่ำ ก็สามารถทำงานได้ดี มีประสิทธิภาพพอประมาณ ส่วนการซ่อมแซมหรือบำรุงรักษาก็ง่าย เพราะมันมีขนาดไม่ใหญ่มาก เข้าถึงง่าย และมันก็ไม่เสียหายง่าย เพราะไม่ได้มีใบพัดขนาดใหญ่ น้ำหนักมาก คอยสร้างแรงเหวี่ยง สร้างแรงเครียดต่อระบบ และโครงสร้าง เหมือนกับแบบ Horizontal ที่มีใบหนักกว่ามาก
นวัตกรรมล่าสุด
WIND CATCHER – ต่อยอดเทคโนโลยี่ Horizontal Windmill ทั่วไปแต่คูณ 100+ โดยมีการนำกังหันลมขนาดเล็กกว่า 125 ชุด มาวางเป็นโครงข่ายขนาดใหญ่ สูงกว่าตึก 100 ชั้น ( 350 เมตร ) สร้างเป็นระบบ wind turbine ที่มีประสิทธิภาพสูงมาก มีประเมินกันว่า มันสามารถทำพลังงานได้มากกว่า กังหันลมที่ไหญ่ที่สุดในโลกตอนนี้ (ที่มีกำลังผลิตพลังงานถึง 80 GWh ต่อปี) ถึง 5 เท่า
เคล็ดลับของ WIND CATCHER อยู่ตรงที่เขาใช้ประโยชน์จากการที่ระบบใช้ใบพัดกังหันขนาดเล็ก ขนาดเพียง 20 เมตร (สามารถหมุนรอบจัดได้มากกว่าใบพัดยักษ์ ที่ปกติมีขนาดถึง 48 เมตร) ทำให้สร้างพลังงานต่อชุดได้มากกว่าในเชิงประสิทธิภาพ และเชื่อมโยงเข้ากันเป้นโครงข่ายขนาดใหญ่ ทำให้พลังงานโดยรวมที่เกิดจากทั้งระบบสูงมากยิ่งขึ้น
และจุดเด่นในขนาดเล็ก และแยกออกเป็นชุดย่อยๆนี่เอง ทำให้บำรุงรักษาง่าย ซ่อมแ๙มก็ง่าย ถ้าระบบใดระบบหนึ่งจาก 126 ชุด มีปัญหา ก็สามารถเข้าไปซ่อมแซมได้ทีละชุด ทีละระบบ โดยไม่กระทบถึงระบบใหญ่ ที่ยังคงสามารถทำงานสร้างและจ่ายพล้งงานตามปกติ แต่ในขณะที่ระบบ Giant Wind Turbine แบบเดิม เราต้องหยุดการทำงานทั้งระบบเท่านั้น เกิด system downtime ก่อนที่จะเข้าไปซ่อมแก้ไขได้
ส่วนอายุการใช้งาน ทางผู้ผลิต WIND CATCHER แจ้งว่ามันออกแบบมีอายุการใช้งานยาวนานถึง 50 years และพอหมดอายุ ตัวใบพัดที่เป็นอลูมิเนียม สามารถนำไปหลอมละลาย รีไซเคิลเป็น aluminium ingot เพื่อมาใช้ได้ใหม่เกือบ 100% … ต่างกับใบกังหันยักษ์แบบเดิม ( ใบทำจากไฟเบอร์กลาส) ย่อยสลายไม่ได้ ต้องถูกนำไปทิ้ง สุมกองเป็น Landfills ขนาดมหึมา รกผืนโลก สร้างปัญหาต่อสิ่งแวดล้อมโดยที่ยังหาทางออกไม่ได้ !
จากการประเมินเบื้องต้น Wind Catching System ระบบเดียวสามารถให้พลังงานเพียงพอกับ 100,000 ครัวเรือนทีเดียว
แหล่งข้อมูลอ้างอิง
Wikipedia
Offshorewind.Biz
BBC News
สารานุกรมไทย
FastCompany
WINDCATCHING
ติดตาม GREENTIPS ทาง 〜
𝕗𝕒𝕔𝕖𝕓𝕠𝕠𝕜 : BIO100
𝕚𝕘 : instagram.com/bio100plus
🆔 ʟɪɴᴇ : @bio100
🅱logger : bio100plus
🌐 : bio100percent