วิศวกรเครื่องกลพัฒนาวิธีการปรับปรุงผลผลิตของฟาร์มกังหันลม

“เราออกแบบกังหันไว้ใช้เอง, แต่เราแทบไม่เคยใช้มันคนเดียวอีกต่อไป,” เปาโล ลุซซัตโต-เฟจิซ ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลของ UC Santa Barbara กล่าว, ซึ่งมีความพิเศษอยู่ที่กลศาสตร์ของไหล. ในอดีต, เขาพูดว่า, กังหันลมถูกใช้เป็นรายบุคคลหรือเป็นกลุ่มเล็กๆ, แต่เมื่อโลกก้าวไปสู่เทคโนโลยีพลังงานที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น, ปัจจุบันพบอยู่เป็นกลุ่มนับร้อยหรือพัน.

ปัญหาของการติดตั้งขนาดใหญ่เหล่านี้ก็คือแต่ละเครื่อง, ซึ่งได้รับการออกแบบให้ดึงพลังงานจากลมที่พัดเข้ามาให้ได้มากที่สุด, อาจจะไม่ “เล่นได้ดี” กับคนอื่นๆ, ลุซซัตโต-เฟจิซ อธิบาย. ขึ้นอยู่กับว่ากังหันตั้งอยู่อย่างไรโดยสัมพันธ์กันและกับลมที่พัดผ่าน, ส่วนที่ไม่อยู่ในเส้นทางลมโดยตรงอาจถูกปล่อยทิ้งไว้เพื่อดึงพลังงานจากการไหลเวียนของอากาศที่ลดลงอย่างมาก.

“ปัจจุบันกังหันเหล่านี้สามารถดึงพลังงานจากลมได้ดีมาก, แต่พวกมันยังก่อให้เกิดเงาลมอันใหญ่โตเหล่านี้ด้วย,” ลุซซัตโต-เฟกิซ กล่าว, ซึ่งเป็นผู้เขียนหลักของ “แบบจำลองการขึ้นรถไฟสำหรับฟาร์มกังหันลมที่พัฒนาเต็มที่: ผลกระทบของเสถียรภาพของชั้นบรรยากาศและขีดจำกัดในอุดมคติสำหรับประสิทธิภาพของฟาร์มกังหันลม,” ตีพิมพ์ในวารสาร American Physical Society ของเหลวทบทวนทางกายภาพ. คล้ายกับวิธีที่โครงสร้างสามารถลดทอนการไหลของแสงจากด้านหนึ่งไปอีกด้านได้, พลังงานลมก็จะลดลงเช่นกันเมื่อไหลจากด้านหน้ากังหันไปทางด้านหลัง. ผลลัพธ์ก็คือกังหันบางตัวในฟาร์มกังหันลมไม่ได้ใช้เต็มศักยภาพ.

“ดังนั้น, คุณจะเห็นว่าไม่ใช่เรื่องที่จะต้องบรรจุกังหันเพิ่มบนที่ดินของคุณ, เพราะเมื่อถึงจุดหนึ่ง คุณก็พบกับผลตอบแทนที่ลดลงเหล่านี้,” เขาพูดว่า. “มีจุดที่ถ้าคุณเพิ่มกังหันไปเรื่อยๆ ปริมาณพลังงานที่คุณได้รับก็จะน้อยลง”

อย่างไรก็ตาม, ตาม Luzzatto-Fegiz และผู้ร่วมเขียน Colm-cille P. คอลฟิลด์, ศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ในสหราชอาณาจักร, มีวิธีแก้ไขปัญหาการกลับมาของลมที่ลดลงได้หลายวิธี. และ, พวกเขาพูดว่า, การปรับปรุงเหล่านี้อาจส่งผลให้เกิดการปรับปรุงที่สำคัญในการผลิตพลังงานของฟาร์มกังหันลม.

เป้าหมายหลัก, parser สังเกตวิดีโอคำบรรยาย, คือการทำให้กังหันทุกตัวสามารถเข้าถึงการไหลเวียนของอากาศที่มีความเร็วสูงได้, ซึ่งพวกเขาสามารถดึงพลังงานออกมาได้มากขึ้น. เนื่องจากลมเหนือฟาร์มนั้นเร็วกว่าระหว่างกังหันมาก, การผสมการไหลเวียนของอากาศตามกังหันกับอากาศด้านบนอาจเป็นกุญแจสำคัญในการได้รับผลตอบแทนที่มากขึ้นสำหรับกังหันลมของคุณ.

“หากคุณสามารถประดิษฐ์อุปกรณ์ที่ทำให้กังหันแต่ละตัวตื่นขึ้นเหล่านี้ปะปนกันอย่างรวดเร็ว, คุณสามารถมีการปรับปรุงครั้งใหญ่เหล่านี้ได้,” ลุซซัตโต-เฟกิซ กล่าว.

วิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้อีกประการหนึ่งคือกังหันลมเวอร์ชันที่ค่อนข้างใหม่, โดยที่ใบมีดหมุนบนแกนแนวตั้ง—เหมือนใบมีดตีไข่—ซึ่งตรงข้ามกับแกนนอนแบบดั้งเดิม.

“สิ่งเหล่านี้ทำงานได้ไม่ดีนักโดยตัวมันเอง, แต่สิ่งสำคัญคือพวกมันสามารถทำให้เกิดการผสมที่เข้มข้นขึ้นมากในการตื่นของพวกเขา,” เขาพูดว่า, “และผู้คนได้แสดงให้เห็นว่าถ้าคุณวางพวกมันไว้ในตำแหน่งที่พวกมันหมุนไปในทิศทางตรงกันข้ามกัน พวกมันสามารถทำให้เกิดการปะปนกันที่ดีได้”

แบบจำลองที่พัฒนาโดยนักวิจัยอาจนำไปสู่ฟาร์มกังหันลมที่มีประสิทธิภาพดีขึ้น, ซึ่งในบางกรณีอาจไม่ต้องใช้กังหันมากเท่าที่คิดไว้, จึงช่วยลดต้นทุนที่อาจเกิดขึ้น. โมเดลยังอาจส่งผลให้เกิดโซลูชันแบบกำหนดเองที่เกี่ยวข้องกับไซต์ฟาร์ม’ ภูมิประเทศที่เฉพาะเจาะจง, และสภาพอากาศในท้องถิ่น.

“เรารู้สึกตื่นเต้นมากที่สามารถสร้างแบบจำลองทั้งหมดได้อย่างแม่นยำมาก,” ลุซซัตโต-เฟกิซ กล่าว.

แหล่งที่มา:

phys.org/news