ในฐานะแหล่งพลังงานสะอาดและหมุนเวียน พลังงานลมกลายเป็นกำลังสำคัญในการเปลี่ยนแปลงพลังงานทั่วโลก กังหันลมเป็นอุปกรณ์ที่แปลงพลังงานลมเป็นพลังงานกล ซึ่งขับเคลื่อนโรเตอร์ให้หมุนและผลิตพลังงานไฟฟ้า

เมื่อคุณพูดถึง "กังหันลม" สิ่งแรกที่คุณนึกถึงคือ"กังหันลมสีขาวแบบสามใบพัด" หรือไม่?

นอกจากการออกแบบอันเป็นเอกลักษณ์แล้ว กังหันลมยังมีรูปแบบที่น่าสนใจมากมาย

ทำไมกังหันลมต้องมีสามใบพัด

มีบทบาทสำคัญในการระบายน้ำในประเทศเนเธอร์แลนด์ และมีชื่อเสียงไปทั่วโลก กังหันลมหลายใบสำหรับการสูบน้ำ ได้รับความนิยมในแถบตะวันตกของอเมริกาเช่นกัน กังหันลมใบพัดหลายใบ สามารถสร้างพลังงานได้มากขึ้น ทำให้มีพลังงานที่เพียงพอ

แล้วเหตุใดกังหันลมจึงกลายเป็นสามใบแทนที่จะเป็นสี่ใบขึ้นไป? จำนวนใบพัดส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการใช้พลังงานหรือไม่?

เรามาหาคำตอบไปด้วยกัน!

ในทางตรงกันข้าม การใช้ใบพัดมากเกินไปอาจขัดขวางการไหลเวียนของอากาศ ทำให้ประสิทธิภาพการใช้พลังงานลมลดลง อุปกรณ์ใช้พลังงานลมสามารถจับและใช้พลังงานจลน์ในลมได้สูงสุด 59.3% ซึ่งหมายความว่า แม้แต่กังหันลมที่มีใบพัดเพียงใบเดียวก็สามารถผลิตไฟฟ้าได้ในปริมาณเท่ากัน

อย่างไรก็ตาม กังหันลมใบเดี่ยวยังไม่ได้กลายเป็นกระแสหลัก เพราะใบพัดแต่ละใบสามารถเกิดความไม่สมดุลได้และเป็นเรื่องร้ายแรงต่อความปลอดภัยของชุดกังหันลมทั้งหมด ลองนึกภาพว่ากองเสื้อผ้าพันกันระหว่างการอบแห้งแบบหมุน เครื่องซักผ้าทั้งเครื่องจะสั่นสะเทือนอย่างรุนแรงจนอาจเสียได้

การออกแบบใบมีดสองใบที่สมมาตร สามารถปรับปรุงความไม่สมดุลนี้ได้แต่ก็ยังไม่เสถียร การใช้กังหันลมแบบสองใบยังคงมีข้อจำกัดก่อนที่จะมีเทคโนโลยีการควบคุมโหลดที่เหมาะสมยิ่งขึ้น

อย่างไรก็ตาม "น้ำหนัก" ได้กลายเป็นหนึ่งใน "ปัญหาหลัก" ใบพัดกังหันลมหนึ่งใบ มีน้ำหนัก 20 ตันและใบพัดสามใบมีน้ำหนักมากกว่า 60 ตันเป็นน้ำหนักที่หนัก หากฐานมีปัญหาทั้งหมดอาจทำให้พังได้

ผู้ผลิตบางราย "ทำการแยก" กังหันลมออกเป็นใบพัดขนาดเล็กหลายๆใบและเปลี่ยนให้เป็นแบบหลายใบพัด

ในปี 2016 Vestas ผู้นำด้านพลังงานลม ได้ติดตั้งกังหันลมที่มีล้อลม 4 ล้อที่มหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งเดนมาร์ก

หลังจากได้ศึกษาเป็นเวลาสองปี ส่วนประกอบก็ถูกรื้อออกทั้งหมด เนื่องจากโมเดลหายาก ข้อมูลที่เกี่ยวข้องจึงมีประโยชน์อย่างมาก และสถาบันทั้งสองไม่เคยเปิดเผยข้อมูลใดๆ ต่อสาธารณะจนถึงปัจจุบัน

ไม่มีใบพัดก็ไม่มีปัญหา

นักวิทยาศาสตร์ยังไม่พอใจกับการออกแบบใบพัดเเบบ จึงได้เสนอวิธีแก้ปัญหา "กังหันเเบบไร้ใบพัด" อัจฉริยะทางไฟฟ้าระดับตำนานอย่าง นิโคลา เทสลา เคยยื่นขอสิทธิบัตรสำหรับกังหันไร้ใบพัด แต่ยังคงขาดวัสดุการผลิต

จากแนวคิดนี้ ได้มีการพัฒนากังหันลมไร้ใบพัดที่มีลักษณะคล้ายเปลือกหอย ลมขับเคลื่อนภายในให้หมุนเพื่อจ่ายพลังงานให้กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม กังหันลมที่มีลักษณะคล้าย "Piggy Peppa" นั้น ต้องใช้ความแม่นยำอย่างมากในการผลิตส่วนประกอบแต่ละชิ้น นอกจากนี้ลมจะต้องอยู่ในแนวเดียวกับทางเข้าด้วย

ได้มีการพัฒนากังหันลมไร้ใบพัดที่มีรูปร่าง "เขาคว่ำ" เพื่อควบคุมลมจากทุกทิศทาง กังหันลมเหล่านี้ติดตั้งและใช้งานในเมืองเหิงฉุ่ย สามารถจับพลังงานลมจากทุกทิศทาง และใช้ลมที่พัดเบาๆ ได้อย่างเต็มที่เมื่อกระแสลมเข้าสู่ภายในและเดินทางผ่านท่อที่แคบลงเรื่อยๆ ความเร็วของลมจะเพิ่มขึ้น และท้ายที่สุดจะขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าส่วนที่แคบที่สุดเพื่อผลิตไฟฟ้า

นอกเหนือจากการ "ดูดลม" เข้ามาภายในเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าแล้ว บริษัทบางแห่งยังก้าวไปอีกขั้นด้วยการเปลี่ยนกลับไปใช้โครงสร้างคล้ายเสาที่เรียบง่ายที่สุด และแนะนำเครื่องกำเนิดน้ำวนแบบไร้ใบพัด (Vortex Bladeless)

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเหล่านี้ใช้ประโยชน์จากปรากฏการณ์ "Kármán Vortex Street": เมื่ออากาศไหลผ่านมันจะสร้างกระแสน้ำวนเเละทำให้เกิดการสั่นของเสา พูดง่ายๆ คือเสาแกว่งก็จะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า อย่างไรก็ตามประสิทธิภาพมีจำกัดมาก และการสั่นสะเทือนเป็นเวลานานอาจทำให้เกิดการสึกหรอของวัสดุมากขึ้น จนถึงขณะนี้ยังขาดความเป็นไปได้ในเชิงพาณิชย์