กังหันลมแกนตั้งหรือแกนนอนแบบไหนมีประสิทธิภาพมากกว่ากัน?

ในปัจจุบัน ประสิทธิภาพของกังหันลมแกนนอนสามใบพัดแบบกระแสหลักนั้นสูงกว่ากังหันลมแกนตั้งมาก

ช่องว่างด้านประสิทธิภาพนี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง ตัวบ่งชี้สำคัญในการวัดประสิทธิภาพคือ "ค่าสัมประสิทธิ์การใช้พลังงานลม" ซึ่งแสดงถึงปริมาณพลังงานที่กังหันลมสามารถดูดซับได้จากลม พัดลมแกนนอนขนาดใหญ่ในปัจจุบันมีประสิทธิภาพ 45% -50% ซึ่งใกล้เคียงกับขีดจำกัดทางทฤษฎี (59.3% หรือที่เรียกว่าขีดจำกัดเบซ) ในทางตรงกันข้าม พัดลมแกนตั้งมีประสิทธิภาพต่ำกว่ามาก โดยทั่วไปอยู่ที่ 15% -40% ขึ้นอยู่กับประเภทการออกแบบ

ทำไมประสิทธิภาพของพัดลมแกนนอนจึงสูงมาก?

สาเหตุหลักมาจากหลักการทำงานของมัน:

ใบพัดทั้งหมดตัดผ่านลมพร้อมกันในมุมที่เหมาะสมที่สุด: ใบพัดของพัดลมแกนนอนได้รับการออกแบบให้มีลักษณะคล้ายปีกเครื่องบิน (แอโรไดนามิกแอร์ฟอยล์) เมื่อลมพัด ลมจะก่อให้เกิด “แรงยก” มหาศาล ซึ่งเป็นแรงขับเคลื่อนหลักในการหมุนของใบพัด เนื่องจากใบพัดหมุนไปในทิศทางเดียวกันเสมอ ใบพัดเกือบทั้งหมดจึงสามารถดูดซับพลังงานลมได้อย่างต่อเนื่องและมีประสิทธิภาพ

ความเร็วสูง: พัดลมแกนแนวนอนสามารถทำความเร็วได้สูงมาก ซึ่งทำให้มีประสิทธิภาพมากในการขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อผลิตไฟฟ้า

เพราะเหตุใดประสิทธิภาพของพัดลมแกนตั้งจึงต่ำกว่า?

โหมดการทำงานของพัดลมแกนตั้ง (โดยส่วนใหญ่จะหมายถึงแบบ "ดาริโอ" ที่มีลักษณะเหมือนเครื่องตีไข่) จะแตกต่างกัน:

ใบพัดจะเคลื่อนที่ไปมาตามลม เมื่อหมุนไปยังตำแหน่งต่างๆ มุมของใบพัดกับทิศทางลมจะเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ใบพัดสามารถจับพลังงานลมได้อย่างมีประสิทธิภาพเฉพาะในมุมที่กำหนดเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ในตำแหน่งอื่นๆ (เช่น เมื่อหันกลับไปทางเหนือลม) ใบพัดจะสร้างแรงต้านแทน ลักษณะของการ 'แข่งขันกับตัวเอง' นี้จำกัดประสิทธิภาพของใบพัดโดยพื้นฐาน

ประสิทธิภาพการสตาร์ทเครื่องไม่ดี: พัดลมแกนตั้งหลายตัวไม่สามารถสตาร์ทได้เองและต้องอาศัยความช่วยเหลือจากภายนอก

แม้ว่าจะมีช่องว่างด้านประสิทธิภาพอย่างมาก แต่พัดลมแกนตั้งก็มีข้อดีอยู่ไม่น้อย พัดลมแกนตั้งมีคุณสมบัติพิเศษหลายประการที่ทำให้ไม่สามารถทดแทนได้ในบางสถานการณ์

ข้อดีและข้อเสียของพัดลมแกนนอน:

ข้อดี:

ข้อได้เปรียบหลัก: ประสิทธิภาพสูงเป็นพิเศษและความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจที่ดีที่สุดสำหรับการผลิตพลังงานขนาดใหญ่

ข้อเสีย:

ต้องปรับให้สอดคล้องกับทิศทางลม: จะต้องมี "ระบบหันเห" ที่ซับซ้อนเพื่อปรับห้องโดยสารให้สอดคล้องกับทิศทางลมอย่างต่อเนื่อง เช่นเดียวกับเครื่องหมายบอกทิศทางลม

โครงสร้างที่ซับซ้อนและต้นทุนการบำรุงรักษาที่สูง: เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและกระปุกเกียร์ขนาดใหญ่ถูกติดตั้งไว้บนยอดเสาที่มีความสูงหลายสิบหรือหลายร้อยเมตร ทำให้การบำรุงรักษาและซ่อมแซมเป็นเรื่องยากและมีค่าใช้จ่ายสูงมาก

เสียงดัง: ปลายใบมีดหมุนความเร็วสูงจะสร้างเสียงดังมาก

ความต้องการสูงสำหรับสภาพแวดล้อมการติดตั้ง: ต้องมีสภาพลมที่เสถียรและราบรื่น ซึ่งอาจทำงานได้ไม่ดีในเมืองที่มีลมกรรโชกแรงและลมกระโชกแรง

ข้อดีและข้อเสียของพัดลมแกนตั้ง:

ข้อดี:

ไม่จำเป็นต้องมีลม: ลมจากทุกทิศทางสามารถทำให้หมุนได้ จึงไม่จำเป็นต้องใช้ระบบหันเห

โครงสร้างเรียบง่ายและบำรุงรักษาง่าย: อุปกรณ์หลัก เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและกระปุกเกียร์ได้รับการติดตั้งบนพื้นดินด้านล่าง และเจ้าหน้าที่บำรุงรักษาไม่จำเป็นต้องปีนที่สูง ส่งผลให้ต้นทุนการบำรุงรักษาต่ำ

เสียงรบกวนต่ำ: ความเร็วโดยทั่วไปจะช้ากว่าและการทำงานจะเงียบกว่า

ปรับให้เข้ากับสภาพลมที่ซับซ้อน: เหมาะมากสำหรับสภาพแวดล้อมในเมืองที่มีทิศทางลมและความปั่นป่วนที่แปรผัน และสามารถติดตั้งบนหลังคาได้

ความเร็วลมเริ่มต้นต่ำ: ประเภทบางประเภท (เช่น ประเภท S) สามารถเริ่มต้นได้เมื่อมีลมพัดเบาๆ

ข้อเสีย:

ข้อเสียหลัก: ประสิทธิภาพต่ำ

มีความเสี่ยงด้านโครงสร้าง: การออกแบบบางอย่างจะประสบกับความเครียดสูงที่โคนใบพัดในระหว่างการหมุนด้วยความเร็วสูง ซึ่งอาจนำไปสู่ปัญหาได้อย่างง่ายดาย

ดังนั้นข้อสรุปสุดท้ายก็คือ:

หากคุณต้องการสร้างฟาร์มกังหันลมขนาดใหญ่และมุ่งเน้นการผลิตพลังงานให้ได้ประโยชน์สูงสุดและคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ กังหันลมแกนนอน "ประสิทธิภาพสูง" ถือเป็นตัวเลือกเดียวที่ได้รับความนิยม นั่นคือเหตุผลที่กังหันลมแทบทุกตัวที่เราเห็นในธรรมชาติจึงมีแกนนอน

แต่ถ้าคุณต้องการเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบ "ไม่เรื่องมาก ใช้งานง่าย" สำหรับสถานการณ์แบบกระจาย เช่น การจ่ายไฟให้กับไฟถนน อาคาร สถานีฐานที่ห่างไกล โดยเฉพาะในเมืองที่มีทิศทางลมไม่เสถียร พัดลมแกนตั้งที่ "มีประสิทธิภาพต่ำแต่แข็งแรงทนทาน" อาจเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมกว่า

กล่าวโดยสรุป แกนนอนหมายถึง "นักเรียนชั้นยอด" ที่มุ่งมั่นพัฒนาประสิทธิภาพและขนาด ในขณะที่แกนตั้งหมายถึง "นักเรียนที่มีความสามารถพิเศษ" ที่สามารถปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมเฉพาะได้ ในแง่ของประสิทธิภาพล้วนๆ พัดลมแกนนอนมีประสิทธิภาพเหนือกว่า