กังหันลมจะผลิตกระแสไฟฟ้าได้มากขึ้นเมื่อหมุนเร็วขึ้นหรือไม่?

กล่าวโดยสรุป กังหันลมไม่ได้ผลิตกระแสไฟฟ้าได้มากขึ้นเมื่อหมุนเร็วขึ้น มันมีช่วงความเร็วที่เหมาะสม ซึ่งหากหมุนเกินช่วงนั้นแล้วอาจหยุดผลิตกระแสไฟฟ้าหรือลดประสิทธิภาพลง

ด้านล่างนี้คือคำอธิบายโดยละเอียด:

1. ก่อนถึงความเร็วลมที่กำหนด: ยิ่งเร็ว ยิ่งมาก (ภายในช่วงที่กำหนด)

เมื่อความเร็วลมเพิ่มขึ้นจากศูนย์ ใบพัดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะเริ่มหมุน และยิ่งความเร็ว (ความเร็วปลายใบพัด) สูงขึ้นเท่าใด การผลิตพลังงานก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น กระบวนการนี้สอดคล้องกับสัญชาตญาณของเรา

2. หลังจากความเร็วลมถึงระดับที่กำหนดแล้ว: กำลังไฟฟ้าคงที่ ไม่เพิ่มขึ้นอีกต่อไป

นี่คือประเด็นที่สำคัญที่สุด กังหันลมแต่ละตัวมีกำลังไฟฟ้าที่ออกแบบไว้ (เช่น 2 เมกะวัตต์) และความเร็วลมที่กำหนดไว้ (โดยปกติประมาณ 12-15 เมตรต่อวินาที)

เมื่อความเร็วลมถึงระดับความเร็วลมที่กำหนด ระบบควบคุมจะจำกัดความเร็วของใบพัดและพลังงานลมที่ดักจับได้โดยอัตโนมัติ โดยการปรับมุมใบพัด (ระยะห่างระหว่างใบพัดกับใบพัดลม) และวิธีการอื่นๆ เพื่อรักษาเสถียรภาพการผลิตพลังงานให้อยู่ที่ระดับกำลังไฟฟ้าที่กำหนดและไม่เพิ่มขึ้นอีก

ทำไมถึงต้องทำเช่นนี้? เพื่อป้องกันชิ้นส่วนสำคัญ เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและเกียร์บ็อกซ์ จากแรงกระแทกและพลังงานไฟฟ้าที่มากเกินไปจนอาจไหม้ได้ การเร่งความเร็วอย่างไม่จำกัดอาจสร้างความเสียหายร้ายแรงต่ออุปกรณ์ได้

3. ความเร็วลมเกินขีดจำกัดที่กำหนด: ปิดระบบอย่างปลอดภัย หยุดการผลิตไฟฟ้า

เมื่อความเร็วลมสูงเกินไปและถึงความเร็วลมสูงสุดที่กำหนด (โดยปกติประมาณ 25 เมตรต่อวินาที เทียบเท่ากับลมพายุระดับ 10) เพื่อป้องกันไม่ให้แรงลมรุนแรงสร้างความเสียหายแก่โครงสร้าง ระบบควบคุมจะทำให้ใบพัดเอียงไปในทิศทางขนานกับทิศทางลม (เหมือนปีกเครื่องบิน) ทำให้พัดลมหยุดหมุนและเบรก และการผลิตพลังงานจะเป็นศูนย์

ส่วนเสริมที่สำคัญ: ประสิทธิภาพและ "อัตราส่วนความเร็วปลาย"

เป้าหมายของการผลิตพลังงานลมคือการได้ประสิทธิภาพทางอากาศพลศาสตร์ที่ดีที่สุด ไม่ใช่แค่ความเร็วสูง ประสิทธิภาพนี้วัดได้จากพารามิเตอร์ที่เรียกว่า "อัตราส่วนความเร็วปลายใบพัด" (อัตราส่วนของความเร็วปลายใบพัดต่อความเร็วลม) การออกแบบใบพัดแต่ละแบบจะมีค่าอัตราส่วนความเร็วปลายใบพัดที่เหมาะสมที่สุด และระบบควบคุมจะพยายามควบคุมกังหันลมให้ทำงานที่จุดที่เหมาะสมที่สุดนี้ เพื่อให้มั่นใจได้ว่าการแปลงพลังงานลมเป็นพลังงานกลจะมีประสิทธิภาพสูงสุด

หากความเร็วสูงเกินไป นอกจากจะส่งผลให้เกิดปัญหาด้านความปลอดภัยของอุปกรณ์แล้ว ยังอาจทำให้ประสิทธิภาพลดลงเนื่องจากเกิดการไหลปั่นป่วนและแรงต้านเพิ่มขึ้นอีกด้วย

อุปมาอุปไมยเชิงภาพ

คุณสามารถจินตนาการถึงกังหันลมได้เหมือนกับรถยนต์ที่มีระบบควบคุมความเร็วอัตโนมัติอัจฉริยะ:

ระยะเริ่มต้น (ลมเบา): ยิ่งเร่งเครื่อง (ลม) มากเท่าไหร่ ความเร็วของรถ (รอบเครื่องยนต์) ก็จะยิ่งเร็วขึ้น และถนน (การผลิตพลังงาน) ก็จะยิ่งวิ่งได้มากขึ้นตามธรรมชาติ

การขับขี่บนทางหลวง (ความเร็วลมที่กำหนด): แม้ว่าคุณจะเหยียบคันเร่งอย่างแรง ระบบอิเล็กทรอนิกส์จะจำกัดความเร็วไว้ที่ 120 กิโลเมตรต่อชั่วโมง (กำลังเครื่องยนต์ที่กำหนด) เพื่อป้องกันเครื่องยนต์และให้เป็นไปตามข้อกำหนดด้านความปลอดภัย

สภาพอากาศเลวร้าย (พายุ): ระบบจะบังคับให้คุณจอดรถข้างทาง (ปิดกั้นพื้นที่จอดรถ) และรอจนกว่าสภาพอากาศจะดีขึ้นก่อนจึงจะขับรถต่อไปได้

สรุปได้ว่า:
กำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้จากกังหันลมจะเพิ่มขึ้นตามความเร็วลม จนกระทั่งถึงกำลังไฟฟ้าที่กำหนดไว้ หลังจากนั้น ความเร็วและกำลังไฟฟ้าจะถูกควบคุมอย่างเหมาะสมเพื่อความปลอดภัยของอุปกรณ์และรักษาเสถียรภาพและประสิทธิภาพการผลิต ดังนั้น หลักการ "เร็วขึ้น ได้กำลังมากขึ้น" จึงใช้ได้เฉพาะในช่วงความเร็วลมต่ำเท่านั้น ในขณะที่ความเสถียรและความปลอดภัยจะถูกมุ่งเน้นในช่วงความเร็วลมสูง