พลังงานลม

พลังงานลม เป็นพลังงานตามธรรมชาติที่เกิดจากความแตกต่างของอุณหภูมิ ความกดดันของบรรยากาศและแรงจากการหมุนของโลก สิ่งเหล่านี้เป็นปัจจัยที่ก่อให้เกิดความเร็วลมและกำลังลม เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปว่าลมเป็นพลังงานรูปหนึ่งที่มีอยู่ในตัวเอง ซึ่งในบางครั้งแรงที่เกิดจากลมอาจทำให้บ้านเรือนที่อยู่อาศัยพังทลายต้นไม้ หักโค่นลง สิ่งของวัตถุต่าง ๆ ล้มหรือปลิวลอยไปตามลม ฯลฯ ในปัจจุบันมนุษย์จึงได้ให้ความสำคัญและนำพลังงานจากลมมาใช้ประโยชน์มากขึ้น เนื่องจากพลังงานลมมีอยู่โดยทั่วไป ไม่ต้องซื้อหา เป็นพลังงานที่สะอาดไม่ก่อให้เกิดอันตรายต่อสภาพแวดล้อม และสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้อย่างไม่รู้จักหมดสิ้น

กังหันลมแห่งหนึ่งในเยอรมนี สำหรับเปลี่ยนพลังงานลมมาเป็นพลังงานไฟฟ้า

พลังงานทดแทน
เชื้อเพลิงชีวภาพ มวลชีวภาพ พลังงานความร้อนใต้พิภพ พลังงานน้ำ พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานน้ำขึ้นน้ำลง พลังงานคลื่น พลังงานลม

กังหันโรงสีใน Greetsiel, Germany

กังหันสูบน้ำที่ Oak Park Farm, Shedd, Oregon

ใบเรือ มนุษย์ใช้ประโยชน์จากพลังงานลมมาแต่โบราณ

พลังงานลมก็เหมือนกับพลังงานแสงอาทิตย์คือไม่ต้องซื้อ ซึ่งปัจจุบันได้มีการนำเอาพลังงานลมมาใช้ประโยชน์มากขึ้น พื้นที่ยังมีปัญหาในการวิจัยพัฒนานำเอาพลังงานลมมาใช้งานเนื่องจากปริมาณของลมไม่สม่ำเสมอตลอดปี แต่ก็ยังคงมีพื้นที่บางพื้นที่สามารถนำเอาพลังงานลมมาใช้ให้เกิดประโยชน์ได้ เช่น พื้นที่บริเวณชายฝั่งทะเลเป็นต้น ซึ่งอุปกรณ์ที่ช่วยในการเปลี่ยนจากพลังงานลมออกมาเป็นพลังงานในรูปอื่น ๆ เช่น ใชั กังหันลม (windturbine) เพื่อเปลี่ยนให้เป็น พลังงานไฟฟ้าเมื่อต่อเข้ากับเทอร์ไบน์หรือไดนาโมเพื่อผลิตไฟฟ้า, กังหันโรงสี (หรือ windmill) เพื่อเปลี่ยนให้เป็น พลังงานกล คือเมื่อต่อเข้ากับระหัดวิดน้ำเพื่อระบายน้ำหรือต่อเข้ากับจักรกลก็สามารถใช้สีข้าวหรือนวดแป้งได้, กังหันสูบน้ำ (หรือ windpump, sails หรือใบเรือ เพื่อขับเคลื่อนเรือ เป็นต้น

windfarm จะประกอบด้วยกังหันลมเป็นจำนวนมาก และต่อเข้ากับสายส่งกลางเพื่อผลิตไฟฟ้าให้กับผู้ผลิตไฟฟ้าหลัก (ในไทยคือ กฟผ) ลมในทะเลจะมีความแรงและแน่นอนกว่าลมบนบก แต่การสร้างในทะเลถึงจะไม่ทำให้รกหูรกตามากนักแต่ค่าใช้จ่ายและการบำรุงรักษาจะแพงกว่าการสร้างบนบกมากเลยทีเดียว แต่ก็ไม่แพงไปกว่าการก่อสร้างโรงไฟฟ้าที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลทั่วไป

พลังงานลมถูกนำมาใช้เป็นพลังงานทางเลือกเพื่อมาแทนทีพลังงานฟอสซิล มีปริมาณมาก มีอยู่ทั่วไป สะอาด หมุนเวียนได้ และมีผลกระทบทางด้านสิ่งแวดล้อมน้อยมาก พลังงานลมมีความสม่ำเสมอในแต่ละปี อาจมีบางช่วงที่ขาดหายไปบ้างแต่ก็จะไม่สร้างปัญหาในการผลิตไฟฟ้าถ้าออกแบบให้มีประสิทธิภาพเพียง 20% ของปริมาณความต้องการไฟฟ้าทั้งหมด การติดตามสภาพอากาศอย่างใกล้ชิดจะสามารถลดปัญหาลงได้

ข้อดีและข้อเสียของพลังงานลม

ข้อดี

• เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม โดยลดระดับการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซต์ที่ก่อให้เกิดภาวะโลกร้อน นี่เป็นประโยชน์ด้านสิ่งแวดล้อมที่สำคัญที่สุดของการผลิตพลังงานลม นอกจากนี้พลังงานลมยังปราศจากสารก่อมลพิษอื่น ๆ ที่เกิดจากเชื้อเพลิงฟอสซิลและโรงไฟฟ้านิวเคลียร์อีกด้วย
• มีความสมดุลด้านพลังงานที่ดีเยี่ยม การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซต์ที่เกิดจากการผลิต ติดตั้ง และให้บริการของกังหันลมที่มีช่วงอายุโดยเฉลี่ย 20 ปีถูก "ทดแทน" หลังดำเนินการผลิต 3-6 เดือน ซึ่งเท่ากับการผลิตพลังงานมากกว่า 19 ปีโดยแทบไม่มีค่าใช้จ่ายด้านสิ่งแวดล้อมเลย
• ดำเนินงานได้รวดเร็ว ฟาร์มกังหันลมสามารถสร้างเสร็จสิ้นภายในไม่กี่สัปดาห์ โดยใช้รถเครนติดตั้งหอคอยของกังหันลม ส่วนเชื่อมต่อกับปีกหมุน (โครงยึด) และ ใบพัดเหนือฐานคอนกรีตเสริมกำลัง ด้วยเงินลงทุนที่เท่ากัน พลังงานลมสร้างงานมากกว่าเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ 5 เท่า และผลิตพลังงานได้มากกว่า 2.3 เท่า
• เป็นแหล่งพลังงานที่น่าเชื่อถือและนำกลับมาใช้ใหม่ได้ เนื่องจากลมที่ใช้ขับเคลื่อนกังหันลมไม่มีค่าใช้จ่ายตลอดกาล และไม่ถูกกระทบโดยราคาของเชื้อเพลิงฟอสซิลที่ขึ้น ๆ ลง ๆ นอกจากนี้ยังไม่ต้องอาศัยการทำเหมือง ขุดเจาะ หรือ ขนส่งไปยังสถานีจ่ายไฟฟ้า ในขณะที่ราคาเชื้อเพลิงฟอสซิลสูงขึ้น คุณค่าของพลังงานลมก็สูงขึ้นเช่นกัน ทำให้ค่าใช้จ่ายของการผลิตไฟฟ้าโดยพลังงานลมมีแต่จะลดลง

นอกจากนี้ในโครงการใหญ่ ๆ ที่ใช้กังหันลมขนาดกลางที่ได้รับการทดสอบประสิทธิภาพ จะมีศักยภาพในการปฏิบัติงาน 98% อย่างสม่ำเสมอโดยอาศัยลม ซึ่งหมายถึงต้องซ่อมแซมเป็นระยะเวลาเพียง 2% ซึ่งเป็นประสิทธิภาพการทำงานที่สูงกว่าประสิทธิภาพที่คาดหวังได้จากโรงไฟฟ้าทั่วไปอย่างมาก

ข้อเสีย

1. ผลเสียต่อทัศนียภาพ เนื่องจากต้องใช้กังหันขนาดใหญ่ อาจบดบังส่วนต่างๆของพื้นที่ไป
2. การเกิดมลภาวะทางเสียง เมื่อใบพัดขนาดใหญ่ทำงานจะเกิดเสียงดังมากรบกวนผู้อยู่ใกล้เคียง
3. การรบกวนคลื่นวิทยุ ซึ่งเกิดจากใบพัดส่วนใหญ่ทำจากโลหะเมื่อหมุนทำให้เกิดการรบกวนคลื่นวิทยุและโทรทัศน์ในระยะ 1 – 2 กิโลเมตร
4. ผลกระทบต่อระบบนิเวศ เมื่อติดตั้งกังหันลมขนาดใหญ่อาจทำให้สิ่งมีชีวิตใกล้เคียงอพยพไปอยู่ที่อื่น แต่ไม่ได้มีผลกระทบมากไปกว่าพลังงานทดแทนประเภทอื่น
5. ไม่สามารถควบคุมความสม่ำเสมอของพลังงานได้
6. สามารถใช้ได้ในบางพื้นที่เท่านั้น
7. ความเร็วลมต้องมากกว่า 21 กิโลเมตรต่อชั่วโมง
8. ทำให้เกิดการรบกวนในการส่งสัญญาณโทรทัศน์และไมโครเวฟ
9. แหล่งพลังงานลมที่เหมาะสมมีอยู่จำกัดซึ่งอาจอยู่ห่างจากพื้นที่ที่มีความต้องการใช้ไฟฟ้า พลังลมจะมีเฉพาะบางช่วงเวลาหรือฤดูกาลเท่านั้น รวมถึงปัญหาเรื่องเสียงรบกวน และปัญหาด้านทัศนียภาพ

ความไม่แน่นอนของพลังงานลม

ความไม่แน่นอนของพลังงานลมสร้างปัญหาน้อยกว่าระบบการจัดการสายส่งไฟฟ้า (grid) ความต้องการพลังงานที่ขึ้นลงไม่แน่นอนและความผิดพลาดจากโรงไฟฟ้าทั่วไปที่จำเป็นต้องป้องกันไม่ให้เกิดขึ้นทำให้ต้องอาศัยระบบสายส่งไฟฟ้าพลังงานลม และประสบการณ์จริงแสดงให้เห็นว่าระบบไฟฟ้าในประเทศสามารถส่งไฟฟ้าจากพลังงานลมได้อย่างมีประสิทธิภาพ ตัวอย่างเช่น ในคืนวันลมแรง กังหันลมผลิตไฟฟ้าได้สูงสุดถึง 50% แต่งานที่มากเช่นนั้นได้รับการพิสูจน์แล้วว่าจัดการได้

นอกจากนี้ การสร้างสายส่งไฟฟ้าประสิทธิภาพสูงยังลดปัญหาความไม่แน่นอนของลม โดยทำให้พลังไฟฟ้าจากความเร็วลมที่เปลี่ยนแปลงในหลาย ๆ พื้นที่เกิดความสมดุลซึ่งกันและกัน

มุ่งไปข้างหน้า

แม้ว่าพลังงานลมจะเติบโตอย่างรวดเร็ว แต่ไม่สามารถรับรองได้ว่าพลังงานลมจะมีอนาคตที่สดใส แม้ว่าปัจจุบันมีการผลิตพลังงานลมแล้วใน 50 ประเทศ แต่ความก้าวหน้าของพลังงานลมจนถึงปัจจุบันเกิดขึ้นจากความพยายามของไม่กี่ประเทศ โดยผู้นำ คือ เยอรมนี สเปน และ เดนมาร์ก ประเทศอื่น ๆ จำเป็นต้องปรับปรุงอุตสาหกรรมพลังงานลมอย่างมากหากต้องการบรรลุเป้าหมายทั่วโลก ด้วยเหตุนี้การคาดการณ์ว่าจะมีการใช้พลังงานลม 12% ของพลังงานโลกภายในพ.ศ. 2563 จึงเป็นเรื่องไม่แน่นอน แต่เป็นเป้าหมาย นั่นคือ เป็นอนาคตที่เป็นไปได้ที่เราสามารถเลือกถ้าเราเต็มใจ

เทคโนโลยีกังหันลม

ดูบทความหลักที่: กังหันลม

กังหันลม คือ เครื่องจักรกลอย่างหนึ่งที่สามารถรับพลังงานจลน์จากการเคลื่อนที่ของลมให้ เป็นพลังงานกลได้ จากนั้นนำพลังงานกลมาใช้ประโยชน์โดยตรง เช่น การบดสีเมล็ดพืช การสูบน้ำ หรือในปัจจุบันใช้ผลิตเป็นพลังงานไฟฟ้า การพัฒนากังหันลมเพื่อใช้ประโยชน์มีมาตั้งแต่ชนชาวอียิปต์โบราณและมีความต่อ เนื่องถึงปัจจุบัน โดยการออกแบบกังหันลมจะต้องอาศัยความรู้ทางด้านพลศาสตร์ของลมและหลัก วิศวกรรมศาสตร์ในแขนงต่าง ๆ เพื่อให้ได้กำลังงาน พลังงาน และประสิทธิภาพสูงสุด

ส่วนประกอบของระบบกังหันลมขนาดใหญ่สำหรับผลิตไฟฟ้า

ส่วนประกอบสำคัญๆ ของระบบกังหันลมทั่วๆ ไปอาจแบ่งได้ดังนี้ 

1. ใบพัด เป็นตัวรับพลังลมและเปลี่ยนให้เป็นพลังงานกล ซึ่งยึดติดกับชุดแกนหมุนและส่งแรงจากแกนหมุนไปยังเพลาแกนหมุน 
2. เพลาแกนหมุน ซึ่งรับแรงจากแกนหมุนใบพัด และส่งผ่านระบบกำลัง เพื่อหมุนและปั่นเครื่องกำเนิดไฟฟ้า 
3. ห้องส่งกำลัง ซึ่งเป็นระบบปรับเปลี่ยนและควบคุมความเร็วในการหมุน ระหว่างเพลาแกนหมุนกับเพลาของเคริ่องกำเนิดไฟฟ้า 
4. ห้องเครื่อง ซึ่งมีขนาดใหญ่และมีความสำคัญต่อกังหันลม ใช้บรรจุระบบต่างๆ ของกังหันลม เช่น ระบบเกียร์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า เบรก และระบบควบคุม 
5. เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า 
6. ระบบควบคุมไฟฟ้า ซึ่งใช้ระบบคอมพิวเตอร์เป็นตัวควบคุมการทำงาน และจ่ายกระแสไฟฟ้าเข้าสู่ระบบ
7. ระบบเบรก เป็นระบบกลไกเพื่อใช้ควบคุมการหยุดหมุนของใบพัดและเพลาแกนหมุนของกังหัน เมื่อได้รับความเร็วลม เกินความสามารถของกังหัน ที่จะรับได้ และในระหว่างการซ่อมบำรุงรักษา   
8. แกนคอหมุนรับทิศทางลม เป็นตัวควบคุมการหมุนห้องเครื่อง เพื่อให้ใบพัดรับทิศทางลมโดยระบบอิเลคทรอนิคส์ ที่เชื่อมต่อให้มีความสัมพันธ์ กับหางเสือรับทิศทางลมที่อยู่ด้านบนของเครื่อง   
9. เครื่องวัดความเร็วลมและทิศทางลม ซึ่งเชื่อมต่อสายสัญญาณเข้าสู่ระบบคอมพิวเตอร์ เพื่อเป็นตัวชี้ขนาดของความเร็วและทิศทางของลม เพื่อที่คอมพิวเตอร์จะได้ควบคุมกลไกอื่นๆ ได้อย่างถูกต้อง   
10. เสากังหันลม เป็นตัวแบกรับส่วนที่เป็นตัวเครื่องที่อยู่ข้างบน

ชนิดของกังหันลม

จำแนกตามลักษณะแนวแกนหมุนของกังหันจะได้ 2 แบบ คือ

1. กังหันลมแบบแกนแนวตั้ง (Vertical Axis Wind Turbine) เป็นกังหันลมที่มีแกนหมุนและใบพัดที่ตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ของลมในแนวราบ ซึ่งทำให้สามารถรับลมในแนวราบได้ทุกทิศทาง
2.  กังหันลมแบบแกนแนวนอน (Horizontal Axis Wind Turbine) เป็นกังหันลมที่มีแกนหมุนขนานกับทิศทางลม โดยมีใบพัดเป็นตัวตั้งฉากรับแรงลม มีอุปกรณ์ควบคุมกังหันให้หันไปตามทิศทางของกระแสลม เรียกว่า หางเสือ และมีอุปกรณ์ป้องกันกังหันลมชำรุดหรือเสียหายขณะเกิดลมพัดแรง เช่น ลมพายุ

อ้างอิง

• www.greenpeace.org
• http://ienergyguru.com