กังหันลมขนาดเล็กทางออกพลังงานไทย

กังหันลมผลิตไฟฟ้าขนาดใหญ่ มีประสิทธิภาพในการสร้างพลังงานไฟฟ้าจากลมได้มาก แต่เสียดายที่มีราคาแพงและจำเป็นต้องใช้พื้นที่กว้างในการติดตั้งจึงไม่เหมาะกับการลงทุนระดับครัวเรือน ต่างจากกังหันลมผลิตไฟฟ้าขนาดเล็กระดับกิโลวัตต์ ซึ่งมีราคาไม่แพงเหมาะสำหรับติดตั้งบนหลังคาบ้านในประเทศไทย ข้อเสียหลักของกังหันลมขนาดเล็กคือใบพัดบิดรับลมในมุมที่ต่ำลงเมื่อมีลมแรงไม่ได้ ต่างจากกังหันลมขนาดใหญ่ที่บิดได้ด้วยไฮโดรลิค หรือมอเตอร์ไฟฟ้า

ด้วยข้อจำกัดดังกล่าวทำให้ ดร.ชวิน จันทรเสนาวงศ์ ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลคณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.) สนใจการศึกษาความเป็นไปได้ในการเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตไฟฟ้าของกังหันลมขนาดเล็ก ที่มาของงานวิจัยหัวข้อ Conceptual design of small wind turbines with morphing blades

“โจทย์ของงานวิจัยคือการศึกษาความเป็นไปได้ในการเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตไฟฟ้าของกังหันลมขนาดเล็ก ให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้นภายใต้ข้อจำกัด เพราะเมื่อกังหันลมมีขนาดเล็กก็ยากที่จะติดตั้งระบบหรือกลไกต่างๆ ให้กังหันลมบิดใบพัดรับลมในมุมที่เหมาะสมเมื่อมีลมแรงได้ จึงคิดที่จะซ่อนกลไกการปรับบิดใบพัดไว้ภายในใบพัดที่มีความหนาไม่เกิน 3.5 เซนติเมตรและความกว้างของใบพัดไม่เกิน 1 ฟุต ซึ่งมีความเหมาะสมที่สุดกับกังหันลมผลิตไฟระดับครัวเรือนขนาดไม่เกิน 1 กิโลวัตต์”

ดร.ชวิน ได้ไอเดียมาจาก morphing wing ปีกเครื่องบินอากาศยาน โดยดึงเอาเฉพาะจุดเด่นในเรื่องการปรับบิดรับลมมาใช้ ลบข้อเสียของกลไกการบิดมุม traling edge flap แบบปกติที่มีช่องว่างทำให้อากาศไหลทะลุได้ โดยการซ่อนกลไกไว้ภายในใบพัดทำให้ผิวภายนอกมีความเรียบลู่ลมมากที่สุด และใช้ Shape memory alloy (SMA) วัสดุฉลาดที่สามารถจำรูปได้ ร่วมกับสปริงธรรมดาๆ เป็นกลไกสำคัญในการปรับบิดใบพัดขณะหันหามุมที่มีลมแรงที่สุด

“กังหันลมมันผลิตไฟฟ้าอยู่แล้วเราสามารถต่อวงจรภายในให้มันเก็บไฟฟ้าไว้ในแบตเตอรี่ เมื่อต้องการบิดเปลี่ยนรูปใบพัดก็นำไฟฟ้ามาเป็นตัวให้ความร้อนกับวัสดุฉลาดจำรูป ซึ่งใช้ได้จริง เป็นการเพิ่มประสิทธิภาพให้กังหันลมขนาดเล็กผลิตกระแสไฟฟ้าได้มากขึ้น”