กังหันลมมีกี่ประเภทที่พบได้ทั่วไป

กังหันลมทั่วไปแบ่งออกเป็นสองประเภทหลักตามทิศทางการหมุนของแกนกังหันลม ได้แก่ กังหันลมแกนแนวนอนและกังหันลมแกนแนวตั้ง ซึ่งในปัจจุบันกังหันลมแกนแนวนอนเป็นประเภทที่นิยมใช้มากที่สุด ต่อไปนี้คือการจำแนกประเภทและลักษณะสำคัญ:

1. กังหันลมแกนแนวนอน (HAWT)
แกนหมุนของกังหันลมขนานกับพื้นดิน และใบพัดมีลักษณะคล้ายใบพัดเครื่องบิน กว่า 95% ของกำลังการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานลมทั่วโลกนั้นมาจากกังหันลม

ประเภทหลัก:

1. ประเภททวนลม

กังหันลมหมุนอยู่ด้านหน้าหอคอยโดยหันหน้าเข้าหาลม จึงจำเป็นต้องมีระบบปรับทิศทางเพื่อต้านแรงลม

ข้อดี: ลดผลกระทบจากเงาของหอคอย (การรบกวนการไหลของอากาศจากหอคอย), ประสิทธิภาพสูง

ข้อเสีย: ต้องใช้อุปกรณ์ควบคุมการหมุนรอบแกน และมีโครงสร้างที่ซับซ้อน

กังหันลมขนาดใหญ่สมัยใหม่ส่วนใหญ่ (ขนาดมากกว่า 1.5 เมกะวัตต์) ใช้การออกแบบนี้

2. ประเภทตามลม

กังหันลมตั้งอยู่ด้านหลังหอคอยและสามารถปรับทิศทางตามลมได้โดยอัตโนมัติ (โดยไม่จำเป็นต้องใช้ระบบควบคุมการหมุน)

ข้อเสีย: เงาจากหอคอยทำให้เกิดความผันผวนของแรงเค้นในใบพัด ทำให้ใบพัดเกิดความล้าได้ง่าย

ไม่ค่อยนิยมใช้ในกังหันลมรุ่นแรกๆ หรือขนาดเล็ก

2. กังหันลมแกนตั้ง (VAWT)
แกนหมุนของกังหันลมตั้งฉากกับพื้นดินและสามารถดักจับลมจากทุกทิศทางได้โดยไม่จำเป็นต้องใช้ระบบปรับมุมหมุน ปัจจุบัน กังหันลมส่วนใหญ่ใช้สำหรับการผลิตไฟฟ้าขนาดเล็กแบบกระจาย หรือในสถานการณ์พิเศษต่างๆ

ประเภทหลัก:

ประเภทดาร์เรียส

ใบพัดมีลักษณะโค้ง (เช่น รูปตัว "Φ") และหมุนด้วยแรงยกตามหลักอากาศพลศาสตร์

ข้อดี: ความเร็วสูงและประสิทธิภาพสูง

ข้อเสีย: ไม่สามารถสตาร์ทเองได้ ต้องใช้อุปกรณ์เสริม โครงสร้างมีความเค้นสูง ทำให้ยากต่อการขยายขนาด

ประเภทซาโวนิอุส

ใบพัดมีรูปทรงตัว S และรูปทรงกระบอก โดยอาศัยแรงต้านของลมเป็นตัวขับเคลื่อน

ข้อดี: แรงบิดเริ่มต้นสูง สตาร์ทง่ายแม้ในความเร็วลมต่ำ โครงสร้างไม่ซับซ้อน

ข้อเสีย: ประสิทธิภาพต่ำ (น้อยกว่า 15%) นิยมใช้ในเครื่องวัดความเร็วลมหรืออุปกรณ์ชาร์จขนาดเล็ก

รูปทรงตัว H (แบบใบมีดตรงของดาริอุส)

ใช้การผสมผสานระหว่างใบมีดตรงและแท่งรองรับเพื่อให้ง่ายต่อการผลิต

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการหันมาให้ความสนใจกับการบูรณาการอาคารหรือการทดสอบพลังงานลมลอยน้ำนอกชายฝั่งมากขึ้น

3. จำแนกตามสถานการณ์การใช้งานและขนาด
กังหันลมขนาดใหญ่ที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า

โดยทั่วไปกำลังการผลิตจะอยู่ที่ ≥ 1 เมกะวัตต์ และมีเส้นผ่านศูนย์กลางกังหันลม 80-200 เมตร ซึ่งใช้สำหรับฟาร์มกังหันลม

แบบที่นิยมใช้กันทั่วไปคือแบบใบพัดสามใบแนวนอนสำหรับลมส่ง ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่พัฒนามาอย่างดีแล้ว

กังหันลมขนาดเล็กและขนาดกลางแบบกระจาย

กำลังไฟไม่เกิน 100 กิโลวัตต์ เหมาะสำหรับใช้ในพื้นที่ชนบท สถานีฐานสื่อสาร ฟาร์ม ฯลฯ

รวมถึงแกนแนวนอนหรือแนวตั้ง (เช่น แบบ H, แบบ Savonius)

กังหันลมกลางทะเล

ส่วนใหญ่เป็นกังหันลมแกนนอนขนาดใหญ่ (5-15 เมกะวัตต์หรือมากกว่า) ที่มีโครงสร้างฐานรากแบบพิเศษ (เสาเข็มเดี่ยว ฐานลอยน้ำ ฯลฯ)

จำเป็นต้องมีการออกแบบที่ทนทานต่อการกัดกร่อนและพายุไต้ฝุ่น ซึ่งส่งผลให้ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาสูง

แฟนพันธุ์แท้

แบบเสริมประสิทธิภาพด้วยตัวกระจายลม: โครงสร้างรูปทรงฝาครอบช่วยเร่งการไหลของอากาศ เพิ่มประสิทธิภาพ แต่มีราคาสูง

พลังงานลมระดับสูง: การใช้ว่าวหรือบอลลูนฮีเลียมบรรทุกเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งอยู่ในขั้นตอนการทดลอง

4. แนวโน้มทางเทคโนโลยีและการออกแบบที่กำลังเกิดขึ้นใหม่
ขนาดมหึมา: กำลังการผลิตต่อหน่วยของกังหันลมในทะเลสูงถึง 15-18 เมกะวัตต์ โดยมีใบพัดยาวเกิน 120 เมตร

ฐานรากแบบลอยน้ำ: เหมาะสำหรับพลังงานลมในทะเลลึก โดยติดตั้งกังหันลมบนแท่นลอยน้ำ

การออกแบบแกนแนวตั้งแบบไฮบริด: ผสานข้อดีของแรงยกและแรงต้าน ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและประสิทธิผลในการสตาร์ทเครื่องยนต์

ความชาญฉลาด: การใช้เซ็นเซอร์และอัลกอริธึม AI เพื่อปรับมุมการหมุนและมุมใบพัดให้เหมาะสมที่สุด โดยปรับให้เข้ากับสภาพลมที่ซับซ้อน

5. สรุปและเปรียบเทียบ
1. กังหันลมแกนนอนแบบสามใบพัด

ข้อดี: ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานลมสูงที่สุด (สูงถึง 50% หรือมากกว่านั้น) เทคโนโลยีมีความสมบูรณ์มาก ขนาดและต้นทุนเหมาะสมที่สุด และปัจจุบันเป็นกระแสหลักของโครงการพลังงานลมขนาดใหญ่

ข้อเสีย: ต้องใช้ระบบปรับทิศทางที่แม่นยำเพื่อให้สอดคล้องกับทิศทางลม มีเสียงดังค่อนข้างสูง ค่าบำรุงรักษาสูง (โดยเฉพาะสำหรับหน่วยขนาดใหญ่) และความต้องการทางเทคนิคสูง

การใช้งานหลัก: ฟาร์มกังหันลมบนบกแบบรวมศูนย์ ฟาร์มกังหันลมในทะเล (แบบจำลองหลักในปัจจุบันและอนาคต)

2. กังหันลมแกนตั้ง - แบบดาริโอ

ข้อดี: สามารถดักจับลมจากทุกทิศทางได้โดยไม่ต้องใช้ระบบปรับทิศทางลม เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและอุปกรณ์อื่นๆ สามารถวางบนพื้นได้เพื่อความสะดวกในการบำรุงรักษา และมีเสียงรบกวนขณะใช้งานค่อนข้างต่ำ

ข้อเสีย: ประสิทธิภาพโดยรวมต่ำกว่าพัดลมแกนแนวนอน และโดยปกติจะไม่สามารถเริ่มทำงานโดยอัตโนมัติได้ เมื่อมีขนาดใหญ่ขึ้น ความท้าทายด้านความเครียดทางโครงสร้างก็จะมากขึ้น และระดับการนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์ก็ต่ำ

การใช้งานหลัก: การผลิตไฟฟ้าแบบกระจายขนาดเล็ก พลังงานลมที่ผสานรวมกับอาคาร โครงการทดลอง และสภาพแวดล้อมพิเศษ

3. กังหันลมแกนตั้ง - แบบซาโวนิอุส

ข้อดี: แรงบิดเริ่มต้นสูง สามารถสตาร์ทได้แม้ในสภาวะลมเบาและกระแสลมปั่นป่วน โครงสร้างเรียบง่ายและแข็งแรง ต้นทุนการผลิตและการบำรุงรักษาต่ำ

ข้อเสีย: ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานลมต่ำมาก (โดยปกติต่ำกว่า 20%) และความเร็วลมก็ช้า

การใช้งานหลัก: อุปกรณ์ชาร์จขนาดเล็ก อุปกรณ์ช่วยระบายอากาศ เครื่องมือวัดความเร็วลม และสถานการณ์อื่นๆ ที่ใช้พลังงานต่ำ

โดยสรุปแล้ว กังหันลมแกนนอนสามใบพัดครองตลาดพลังงานลมทั่วโลกเนื่องจากมีประสิทธิภาพสูงและห่วงโซ่อุตสาหกรรมที่พัฒนาแล้ว ส่วนกังหันลมแกนตั้ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งแบบดาริโอ ได้รับการวิจัยและพัฒนาอย่างต่อเนื่องในด้านการกระจายตัว การลดขนาด และการใช้งานพิเศษต่างๆ เนื่องจากมีข้อดีเฉพาะตัว และเป็นส่วนเสริมที่สำคัญต่อการพัฒนาเทคโนโลยีพลังงานลมที่หลากหลาย