พลังงานรังสีจากดวงอาทิตย์

พัดลมไอน้ำ     พลังงานที่โลกได้รับจากดวงอาทิตย์เป็นในรูปรังสีที่มีขนาดคลื่นต่างๆกัน การแผ่รังสีเป็นวิธีการหนึ่งในการเคลื่อนย้ายพลังงานจากที่หนึ่งไปสู่อีกที่หนึ่ง ช่วงคลื่นจากการแผ่รังสีมีตั้งแต่สั้นที่สุดคือรังสีคอสมิคที่มีความยาวคลื่นเพียง 1 ในพันล้านไมครอนจนถึงรังสีที่ยาวมากๆ เช่นคลื่นวิทยุและคลื่นเสียงที่มีความยาวคลื่นเป็นกิโลเมตร รังสีจากดวงอาทิตย์แบ่งตามความยาวคลื่นออกเป็น 3 กลุ่มด้วยกัน  ได้แก่

1.                 รังสีอุลตราไวโอเลต  เป็นรังสีคลื่นสั้นมากที่มีความยาวคลื่นต่ำกว่าช่วงคลื่นสีม่วง คืออยู่ในช่วงคลื่นตั้งแต่ 0.1 ถึง 0.4 ไมครอน ประมาณรร้อยละ 9 ของพลังงานทั้งหมดที่บรรยากาศของโลกได้รับจะตกอยู่ในช่วงคลื่นนี้

2.                 แสง  เป็นรังสีคลื่นสั้นที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่าอยู่ในช่วงคลื่นตั้งแต่ 0.4 ถึง 0.7 ไมครอน ประมาณร้อยละ 41 ของพลังงานทั้งหมดที่บรรยากาศของโลกได้รับจะตกอยู่ในช่วงคลื่นนี้  แบ่งออกได้เป็นแถบสีม่วง (0.4-0.42) คราม (0.42-0.44) น้ำเงิน (0.44-0.49) เขียว (0.49-0.57) เหลือง (0.57-0.59) แสด(0.59-0.61) และแดง (0.61-0.7) หรือก็คือแถบของสีรุ้งนั้นเอง

3.                 รังสีอินฟราเรด  เป็นรังสีคลื่นสั้นที่อยู่ในช่วงคลื่นตั้งแต่ 0.7 ถึง 4.0 ไมครอน ประมาณร้อยละ 50 ของพลังงานทั้งหมดที่บรรยากาศของโลกได้รับจะตกอยู่ในช่วงคลื่นนี้ รังสีจากดวงอาทิตย์ทั้งหมดดังกล่าวล้วนเป็นรังสีคลื่นสั้น นอกจากแสงแล้วรังสีช่วงอื่นไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า

                 รังสีจากดวงอาทิตย์ที่ผ่านเข้ามาในบรรยากาศของโลกจะมีการเปลี่ยนแปลงทั้งในด้านปริมาณและคุณภาพแตกต่างกันไปในแต่ละชั้นบรรยากาศของโลก  ในชั้นบรรยากาศนอกสุดรังสีจากดวงอาทิตย์ยังคงเหมือนเดิมโดยเกือบจะไม่ถูกดูดซับ แต่พอผ่านเข้าใกล้ชั้นเมโซสเฟียร์คือประมาณ 80 กิโลเมตรจากพื้นโลก พวกรังสีคลื่นสั้นมากๆ ที่เป็นอันตรายต่อชีวิต เช่นรังสีคอสมิค รังสีแกมม่า และรังสีเอ็กซ์ จะถูกดูดซับไว้เกือบหมด รวมทั้งบางส่วนของรังสีอุลตราไวโอเลตด้วย เมื่อมาถึงชั้นล่างของเมโซสเฟียร์ และชั้นสแตรทโตสเฟียร์ระดับประมาณ 15 – 55 กิโลเมตรจากพื้นโลก ซึ่งเป็นชั้นของโอโซน พวกรังสีอุลตราไวโอเลตก็จะถูกดูดซับไว้เกือบหมดก่อนที่จะผ่านเข้ามาสู่บรรยากาศชั้นโทรโปสเฟียร์ซึ่งเป็นชั้นที่อยู่ใกล้พื้นโลกมากที่สุด  และในชั้นโทรโปสเฟียร์นี้ไอน้ำในอากาศและคาร์บอนไดออกไซด์ก็จะดูดซับรังสีอินฟราเรตบางช่วงไว้ ทำให้คุณภาพของพลังงานจากดวงอาทิตย์เปลี่ยนแปลงไป รังสีคลื่นสั้นช่วง 0.1 ถึง 4.0 ไมครอนที่แผ่มาถึงผิวบรรยากาศของโลกดังได้กล่าวไว้แล้วนั้น จะมีช่วงที่ตกมาถึงพื้นโลกจริงๆ ก็เพียงช่วงคลื่นระหว่าง 0.31 ถึง 2.50 ไมครอนเท่านั้น โดยรังสีที่ต่ำกว่า 0.31 ไมครอนที่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตจะถูกแถบของโอโซนในบรรยากาศดูดซับไว้เกือบหมด ส่วนช่วงคลื่นที่ยาวกว่า 2.5 ไมครอน จะถูกไอน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ดูดซับไว้ ประมาณครึ่งหนึ่งของพลังงานจากดวงอาทิตย์ที่เข้ามาถึงพื้นผิวโลกจึงอยู่ในช่วงคลื่นอินฟราเรตที่ไม่สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่าได้

           นอกจากคุณภาพแล้ว ปริมาณรังสีที่แผ่ลงมากว่าจะถึงพื้นโลกก็ได้เกิดการสูญเสียไปในลักษณะต่างๆกัน ประมาณว่าพลังงานจากดวงอาทิตย์ที่ผ่านมาถึงผิวบรรยากาศของโลกมีค่าเท่ากับ 2 แคลลอรีต่อตารางเซนติเมตรต่อนาที หรือที่เรียกว่าเป็นค่าโซล่าร์คอนสแตนท์ ( solar constant ) รวมแล้วโลกได้รับพลังงานทั้งหมด 13 x 10 แคลลอรีต่อปี แต่ความจริงมีเพียงร้อยละ 47 เท่านั้นที่ลงมาถึงพื้นโลก  ประมาณร้อยละ 34 จะสะท้อนกลับไปเนื่องจากถูกเมฆบัง ร้อยละ 9 จะสะท้อนหรือกระจายกลับไปสู่บรรยากาศ เนื่องจากฝุ่นละอองในบรรยากาศ อีกร้อยละ 10 ถูกดูดซับโดยโอโซน  ออกซิเจน  คาร์บอนไดออกไซด์  และไอน้ำในอากาศ หรือฟุ้งกระจายกลับไปโดยอนุภาคเล็กๆ ในบรรยากาศ

                

               พลังงานจากดวงอาทิตย์ส่วนที่เกี่ยวข้องกับชีวิตมากที่สุดได้แก่แสงหรือช่วงคลื่นที่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า มนุษย์และสัตว์ได้อาศัยแสงสว่างจากช่วงคลื่นนี้ พืชก็ได้ช่วงคลื่นนี้ไปเป็นประโยชน์ในการสังเคราะห์แสง โดยเฉพาะคลื่นแสงสีน้ำเงินและสีแดง แสงจึงเป็นปัจจัยที่สำคัญยิ่งต่อการอยู่รอดของสิ่งมีชีวิตทั้งปวง  แต่เนื่องจากปริมาณความเข้มข้นตลอดจนระยะเวลาที่แสงส่องมายังที่ใดที่หนึ่งในโลกแต่ละปีไม่ผันแปรมากนักเราจึงมักมองข้ามความสำคัญของแสงไป อย่างไรก็ตาม ความเข้มข้นของแสง ระยะเวลาที่ได้รับแสง และคุณภาพของแสงต่างก็มีอิทธิพลต่อผลิตผลและการเจริญเติบโตของพืชเป็นอันมาก

               พืชแต่ละชนิดมีความต้องการแสงผิดแปลกกันไป พืชที่เจริญเติบโตได้ดีในที่มีแสงสว่างมาก เรียก  เฮลลิโอไฟเตส เช่น ต้นกระทุ่มและต้นสัก เป็นต้น พวกที่ทนร่มได้ดี  คือเจริญเติบโตได้โดยไม่ต้องอาศัยแสงมากนัก เรียก สกีโอไฟเตส ได้แก่ ไม้พื้นล่างในป่า หรือพวกที่ชอบขึ้นอยู่ภายใต้ร่มเงา ถ้าหากนำพืชพวกนี้ไปปลูกผิดที่ก็มักจะมีชีวิตรอดได้ยาก โดยเฉพาะพวกที่ต้องการแสงมากๆ

              การที่พืชอยู่ใต้ร่มไม้ส่วนมากจะมีขนาดเล็กและมีอัตราการเจริญเติบโตจำกัด ก็เนื่องจากแสงที่เหมาะสำหรับกระบวนการสังเคราะห์แสง ได้แก่ แสงสีน้ำเงินและสีแดงได้ถูกเรือนยอดของต้นไม้ชั้นบนดูดซับไว้เป็นส่วนใหญ่ โอกาสที่ไม้พื้นล่างจะใช้ประโยชน์จากคลื่นแสงดังกล่าวจึงมีน้อย ทำให้ผลิตผลต่ำ อย่างไรก็ดี แสงที่พืชสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้จริงๆ มีเพียงครึ่งหนึ่งของแสงที่ส่องมายังโลก และประสิทธิภาพของพืชในการตรึงพลังงานจากแสงโดยเฉลี่ยแล้วมีค่าน้อยกว่าร้อยละหนึ่งเท่านั้น

ข้อมูลเพิ่มเติม  :  น้ำบนผิวโลก  พัดลมไอน้ำ  พลังงานความร้อนจากโลก

ระบบของแหล่งพลังงานความร้อนใต้พิภพ

         เปลือกโลกมีความหนาประมาณ 35-45 กิโลเมตร ถัดลงไปเป็นชั้นหินของหินหลอมเหลวร้อน (magma) ซึ่งหนาประมาณ 3000 กิโลเมตร ความร้อนจากแมกมาจะผ่านขึ้นมาสู่หินเนื้อแน่นในชั้นของเปลือกโลกโดยวิธีนำความร้อน ถ้าเหนือชั้นหินเนื้อแน่นมีชั้นของหินเนื้อพรุนที่มีน้ำใต้ดินไหลซึมอยู่ น้ำนั้นจะกลายเป็นน้ำร้อนที่มีความดันสูงสามารถแทรกตัวขึ้นมาตามรอยแยกของเปลือกโลกจนถึงชั้นหินพรุน ยิงทำให้น้ำใต้ดินที่พุ่งขึ้นมามีอุณหภูมิสูงมากขึ้นและอยู่ในสถานะของไอน้ำร้อน

       น้ำใต้ดินมีอุณหภูมิสูงและความดันสูงเพราะนอกจากจะได้รับความร้อนจากแมกมาแล้ว ยังถูกบีบอัดด้วยน้ำหนักของหินที่ปิดทับอยู่ข้างบนอีกด้วย ในบริเวณที่ไม่มีน้ำใต้ดินไหลผ่านชั้นหินร้อนใต้พื้นโลก เราอาจเจาะหลุมอัดฉีดน้ำลงไปให้รับความร้อนจากหินร้อน แล้วนำน้ำร้อนนั้นไปใช้เหมือนกับน้ำร้อนที่ได้จากน้ำใต้ดินร้อนตามธรรมชาติ  ดังนั้นโดยอาศัยความแตกต่างในลักษณะทางธรณีวิทยาของแหล่งความร้อน และเทคนิคการนำความร้อนนั้นมาใช้ประโยชน์ เราจึงแบ่งการใช้พลังงานความร้อนใต้พิภพออกเป็น 4 ระบบ คือ

1.       ระบบไอน้ำ  (vapor – dominated system)  เป็นระบบที่แหล่งพลังงานความร้อนอยู่ในรูปของไอน้ำที่ร้อนจัด คือ เป็นไอน้ำมากกว่าร้อยละ 95 โดยน้ำหนัก อุณหภูมิไอน้ำสูงประมาณ 200 องศาเซลเซียสขึ้นไป เรามีแหล่งของระบบนี้น้อยมาก เช่นที่แหล่งไกเซอร์  ในรัฐแคลิฟอร์เนียของสหรัฐอเมริกา แหล่งลาเดอเรลโลประเทศอิตาลี และที่มัตสุคาวา ประเทศญี่ปุ่น เป็นต้น  พัดลมไอน้ำ

2.       ระบบน้ำร้อน  เป็นระบบที่แหล่งพลังงานความร้อนอยู่ในรูปของน้ำร้อน มีไอน้ำร้อนเป็นส่วนน้อยประมาณร้อยละ 20 โดยน้ำหนัก  อุณหภูมิของน้ำร้อนตั้งแต่ 100 องศาเซลเซียสขึ้นไป ระบบนี้มีแหล่งมากที่สุด เช่น ที่ไวราไก ประเทศนิวซีแลนด์ เซอร์โรปริเอโต ประเทศเม็กซิโก และในรัฐแคลิฟอร์เนีย รัฐเนวาดา นิวเม็กซิโก โอเรกอนและไอดาโฮในสหรัฐอเมริกา เป็นต้น

3.       ระบบหินร้อนแห้ง  เป็นระบบที่แหล่งพลังงานความร้อนเป็นหินเนื้อแน่นใต้ผิวโลกที่มีอุณหภูมิสูงไม่มีน้ำใต้ดินไหลซึมผ่านบริเวณนั้น การใช้ประโยชน์จากแหล่งความร้อนระบบนี้ยังอยู่ในขั้นทดลอง

4.       ระบบความดันธรณี  เป็นระบบที่แหล่งพลังงานความร้อนอยู่ในรูปของน้ำที่มีความดันและอุณหภูมิสูงอันเนื่องมาจากถูกกดทับด้วยน้ำหนักของหินที่อยู่ชั้นบน  เช่นแหล่งที่กัลฟ์โคสท์ ประเทศสหรัฐอเมริกา พบว่ามีอุณหภูมิสูงถึง 273 องศาเซลเซียส และมีความดันสูง 11000 ปอนด์ ต่อตารางนิ้วที่ความลึก 5859 เมตร อย่างไรก็ตามเนื่องจากแหล่งนี้เกิดในที่ลึกมาก จึงยังไม่ได้มีการพัฒนานำพลังงานความร้อนนี้ขึ้นมาใช้ประโยชน์

การใช้ประโยชน์จากพลังงานความร้อนใต้พิภพ

         แหล่งน้ำพุร้อนหรือแหล่งไอน้ำตามธรรมชาติ นอกจากจะใช้ประโยชน์ในด้านการพักผ่อนหย่อนใจ โดยการพัฒนาให้เป็นแหล่งท่องเที่ยวแล้ว ยังเป็นแหล่งพลังงานความร้อนในรูปของน้ำร้อนหรือไอน้ำร้อนที่สามารถใช้ประโยชน์ในด้านต่างๆ ได้อีก เช่น การอบเมล็ดพืช การอุตสาหกรรมกระดาษ อุตสาหกรรมประมง การผลิตน้ำจืด การให้ความอบอุ่นแก่ที่อยู่อาศัย และการผลิตกระแสไฟฟ้า เป็นต้น

         การนำพลังงานความร้อนใต้พิภพไปใช้ผลิตกระแสไฟฟ้ายังน้อยมาก เมื่อเทียบกับการผลิตกระแสไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานอื่น ใน พ.ศ. 2524 กำลังไฟฟ้าที่ผลิตด้วยพลังงานความร้อนใต้พิภพมีเพียงร้อยละ 0.1ของกำลังผลิตทั้งหมดของโลกเท่านั้น     พัดลมไอน้ำ

ข้อมูลเพิ่มเติม : น้ำบนผิวโลก พัดลมไอน้ำ พลังงานรังสีดวงอาทิตย์

กังหันลมตั้งตรงไหนก็ได้หรือเปล่า ?

การเลือกสถานที่ตั้งกังหันลม

พัดลมไอน้ำ          การเลือกสถานที่ตั้งกังหันลมนั้นเป็นเรื่องจำเป็นอย่างมากที่จะต้องศึกษากัน เพราะกังหันลมไม่สามารถจะติดตั้งได้ทั่วไป สิ่งที่จะต้องศึกษากัน มีดังนี้

1.        

                            แหล่งลม  กังหันลมนั้นอาศัยลมเป็นปัจจัยสำคัญในการทำงาน ดังนั้น สถานที่ตั้งกังหันลมจะต้องอยู่ในบริเวณที่มีกระแสลมดีพอที่จะให้กังหันลมทำงานได้ตลอดปี  หรือ มีช่วงลมดีตามฤดูกาลที่ต้องการใช้งาน เช่น ฤดูการทำนา เป็นต้น

2.                                         แหล่งน้ำ  ถ้าเป็นกังหันลมเพื่อการสูบน้ำ ในบริเวณที่มีลมดีต้องมีแหล่งน้ำดีด้วย

 

3.                                        สิ่งแวดล้อม สิ่งแวดล้อมเป็นสิ่งสำคัญที่ต้องคำนึงถึง เช่น ในบริเวณตัวเมืองการใช้กังหันลมจะก่อให้เกิดความรำคาญแก่ชุมชน เนื่องจากกังหันลมนั้นมีเสียงดังมากในขณะทำงาน ถ้าเป็นกังหันลมเพื่อการผลิตกระแสไฟฟ้าก็จะยิ่งมีเสียงดังมากขึ้น

     ข้อมูลเพิ่มเติม : พลังงานลม  พัดลมไอน้ำ  พลังงานความร้อนใต้พิภพ

 

กังหันลมประกอบไปด้วยอะไรบ้างนะ ?

ส่วนประกอบสำคัญของระบบกังหันลม  

1.       ใบกังหัน  เป็นส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดซึ่งเป็นตัวทำให้เกิดพลังงานกลที่เพลาของกังหันจำนวนใบกังหันอาจมีตั้งแต่ หนึ่งจนถึงหลายสิบใบ กังหันลมที่มีจำนวนใบมากส่วนใหญ่จะใช้กับงานที่ต้องการแรงบิดสูง ในทางตรงกันข้าม  กังหันที่มีจำนวนใบพัดน้อยส่วนใหญ่ใช้กับงานที่ต้องการความเร็วสูง เช่น การผลิตไฟฟ้า รูปหน้าตัดของใบกังหันอาจมีตั้งแต่การแพนอากาศหรือลักษณะคล้ายปีกของเครื่องบิน เป็นแผ่นโค้ง และเป็นแผ่นราบตรง วัสดุที่ใช้ทำใบกังหันควรจะเป็นวัสดุเบาและแข็งแรง

2.       ระบบควบคุม    การออกแบบระบบควบคุมให้ทำงานที่ความเร็วสูง มีลักษณะการทำงานอยู่ 2 แบบ คือ

-          ทำให้กังหันลมหันหน้าเหจากกระแสลมโดยการหันไปข้างๆ  หรือหันเงยหน้าขึ้น หรือทำให้ใบกังหันหุบตัวเพื่อให้มีพื้นที่ของกังหันที่รับกระแสลมน้อยลง

-          ทำให้เกิดการหน่วงต่อการหมุนของกังหันลม ซึ่งอาจทำได้โดยการบิดหมุนของใบกังหัน ให้เกิดการหน่วงมากกว่าการขับ หรือเพิ่มชิ้นส่วนที่ทำให้เกิดแรงหน่วงขึ้นอย่างสูงเมื่อความเร็วถึงจุดที่กำหนดไว้

3.       ระบบส่งกำลัง   การส่งกำลังจากตัวกังหันเพื่อไปใช้งาน อาจต่อกับเพลาได้โดยตรงหรือผ่านระบบส่งกำลัง เช่น เฟืองสายพาน ซึ่งจะมีการทดรอบให้สอดคล้องกันระหว่างความเร็วรอบของแกนของกังหันกับการใช้งาน

4.       หอคอย   ทำหน้าที่ยึดตัวกังหันลมให้อยู่ในระดับสูงเพื่อรับกระแสลมได้มากขึ้นทุกทิศทาง  หอคอยอาจเป็นท่อตรงที่มีสายยึดหรืออาจเป็นโครงสร้างเหล็ก  ที่สามารถรับน้ำหนัก และการสั่นสะเทือนของตัวกังหันได้

ข้อมูลเพิ่มเติม : พลังงานลม  พัดลมไอน้ำ  การเลือกสถานที่ตั้งกังหันลม

การนำกังหันลมไปประยุกต์ใช้งาน

1.       กังหันลมเพื่อการสูบน้ำ

การสูบน้ำด้วยกังหันลมนั้น ทำได้โดยอาศัยพลังงานกลที่ได้จากกังหันลมไปหมุนเครื่องสูบน้ำแล้วนำน้ำที่ได้จากเครื่องสูบไปเก็บไว้ใช้ เพื่อการเกษตร การทำนาเกลือ การอุปโภคและบริโภค

2.       กังหันลมเพื่อผลิตไฟฟ้า

                          เป็นกังหันลมที่รับพลังงานจลน์จากการเคลื่อนที่ของลมและเปลี่ยนให้เป็นพลังงานกล จากนั้นนำพลังงานกลมาผลิตเป็นพลังงานไฟฟ้า ปัจจุบันมีการนำมาใช้ทั้งกังหันลมขนาดเล็ก และกังหันลมขนาดใหญ่

                การทำเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยอาศัยพลังงานลมก็มีปัญหาอื่นๆ ตามมาบ้างเหมือนกัน เช่น ลมพัดไม่เป็นเวลา แต่การใช้กระแสไฟฟ้านั้นมีกำหนดแน่นอน เช่น ถ้าเป็นการผลิตกระแสไฟฟ้าเพื่อแสงสว่าง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะต้องทำงานในเวลากลางคืน เป็นต้น ดังนั้น เราจะต้องใช้แบตเตอร์รี่เป็นเครื่องช่วยเก็บกระแสไฟฟ้าไว้ใช้ในเวลาที่ไม่มีลม เมื่อเวลามีลมเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะชาร์จ หรือบรรจุกระแสไฟฟ้าไว้ในแบตเตอร์รี่ ปัจจุบันนี้ประเทศต่างๆ ได้พยายามใช้เทคนิคต่างๆ ในการทำกังหันลมเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าไว้ใช้ และบรรลุเป้าหมายไปหลายประเทศแล้ว

ข้อมูลเพิ่มเติม : พลังงานลม  พัดลมไอน้ำ  ส่วนประกอบกังหันลม

กังหันลม

หลักการทำงานของกังหันลม

                กังหันลมหมุนได้เนื่องจากการที่พลังงานจลน์ของกระแสลมผลักดันใบกังหันแล้วทำให้เกิดการหมุนรอบแกนขึ้น การหมุนรอบแกนหรือรอบเพลานี้เกิดได้ 2 แบบ คือ

                แบบที่ 1 เกิดจากแรงผลักดันหรือฉุดลาก ของกระแสลมที่กระทำต่อใบกังหัน หลักการทำงานแบบนี้ได้ใช้กันมาตั้งแต่สมัยเริ่มแรกของการใช้กังหันลม  ตัวอย่างเช่น แบบเพนีโมน จะเห็นว่าด้านหนึ่งของใบกังหันจะรับลมเต็มที่ ส่วนอีกด้านหนึ่งจะสะบัดไปเป็นมุมเฉียง ทำให้ไม่เกิดแรงต้านต่อกระแสลม กังหันลมแบบนี้แกนหมุนจะตั้งอยู่ในแนวดิ่ง

                แบบที่ 2 เป็นแบบที่เกิดจากหลักการแอโรไดนามิก ซึ่งทำให้เกิดแรงยก ของปีกเครื่องบิน ดังนั้น การออกแบบใบกังหันลมจึงมีลักษณะคล้ายกับปีกของเครื่องบิน คือมีความโค้งผิวทั้งสองด้านของใบพัดไม่เท่ากัน ด้านที่มีความโค้งผิวมากกว่าจะมีแรงกดดันน้อยกว่า ส่วนด้านที่มีความโค้งผิวน้อยกว่าจะมีแรงกดดันมากกว่า จึงทำให้เกิดแรงยกบนใบกังหัน

                จากหลักการทำงานอันนี้เอง จึงทำให้เกิดกังหันลมอีกแบบหนึ่งขึ้น ที่เรียกว่ากังหันลม แบบแกนนอน ซึ่งการหมุนของแกนหรือเพลาจะอยู่ในแนวระนาบ หรือขนานกับทิศทางของลม

เทคโนโลยีกังหันลม

            กังหันลม คือ เครื่องจักรกลที่สามารถรับพลังงานจลน์  จากการเคลื่อนที่ของลมให้เป็นพลังงานกลได้ จากการนำพลังงานกลมาใช้โดยตรง และโดยอ้อม กังหันลมแบ่งออกเป็นประเภทของการจำแนกออกเป็น 2 วิธี คือ

1.       การจำแนกตามลักษณะการวาง

-          กังหันลมแบบแกนนอน หมายถึง กังหันลมที่ใช้แกนหมุนขนานกับทิศทางของกระแสลม

-          กังหันลมแบบแกนตั้ง  หมายถึง กังหันลมที่มีแกนหมุนตั้งฉากกับทิศทางของกระแสลมและตั้งฉากกับพื้นผิวโลก

2.       การจำแนกตามลักษณะแรงขับกระแสลมกระทำต่อกังหัน

-          เป็นการจำแนกการขับด้วยแรงยก และการขับด้วยแรงฉุด หรือแรงหน่วง

ข้อมูลเพิ่มเติม : การนำกังหันลมไปใช้  พัดลมไอน้ำ  พัดลมระบายอากาศ

พลังงานลม

 

    พัดลม            ลมเป็นพลังงานรูปหนึ่งซึ่งสามารถทำงานได้ เช่น สามารพัดพาเรือใบหรือวัตถุจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง นอกจากนั้นแล้วลมยังเป็นพลังงานที่สามารถแปรเปลี่ยนเป็นพลังงานรูปอื่นได้ เช่นแปรเปลี่ยนเป็นพลังงานกล พลังงานความร้อน หรือพลังงานไฟฟ้า เป็นต้น

                ลม คือ อากาศที่เคลื่อนที่    สาเหตุใหญ่ของการเกิดลมมาจาก การรับความร้อนจากดวงอาทิตย์ของผิวโลกไม่เท่ากัน พื้นผิวโลกส่วนใดได้รับความร้อนมาก อากาศบริเวณนั้นจะขยายตัวทำให้มีความหนาแน่นน้อย และจะลอยตัวสูงขึ้น อากาศบริเวณข้างเคียงที่เย็นและมีความหนาแน่นมากกว่า จะเคลื่อนเข้าไปแทนที่ จึงทำให้เกิดกระแสลมขึ้น   นอกจากนี้ยังมีสาเหตุอื่นๆอีกที่ทำให้เกิดกระแสลม เช่น การหมุนรอบตัวเองของโลก  การเกิดกลางวันกลางคืน และลักษณะของภูมิประเทศที่ต่างกัน

วิวัฒนาการการใช้พลังงานลม

            มนุษย์ใช้พลังงานลมมาประมาณห้าพันปีแล้ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งแถวบริเวณลุ่มแม่น้ำไนล์ประมาณ 200 ถึง 300 ปีก่อนคริสต์ศักราช ชาวเปอร์เซียใช้กังหันลมแบบง่ายๆ เพื่อการสีข้าว จากนั้นการใช้กังหันลมก็แพร่หลายเข้ามายังบริเวณชายฝั่งทะเลเมดิเตอร์เรเนียน บริเวณชายฝั่งทวีปแอฟริกาและเอเชีย กังหันลมได้มีวิวัฒนาการมาเรื่อยๆ เช่น จากการใช้เสื่อทำใบกังหันก็เปลี่ยนมาใช้ไม้แทน ประมาณปลายคริสต์ศตวรรษที่ 14 ชาวดัทช์ได้ทำการออกแบบแก้ไขปรับปรุงกังหันลมให้มีประสิทธิภาพในการทำงานดียิ่งขึ้น เพื่อใช้ในการสูบน้ำออกจากชายฝั่งของประเทศเนเธอร์แลนด์ ซึ่งได้ถมพื้นที่ชายฝั่งของประเทศให้ยื่นออกไปในทะเลเพื่อใช้เป็นที่เพาะปลูก และเป็นที่อยู่อาศัย พื้นที่เหล่านี้อยู่ต่ำกว่าระดับน้ำทะเล จึงจำเป็นจะต้องมีการสูบน้ำออกตลอดเวลา ปัจจุบันนี้กังหันลมของชาวดัทช์แบบโบราณก็ยังมีใช้อยู่บ้าง แต่ส่วนใหญ่มีไว้ให้ชาวต่างประเทศได้ชมกัน กังหันลมของชาวดัทช์ที่เรียกกันว่า  ดัทช์วินด์มิล Dutch Windmill

                ในคริสต์ศตวรรษที่ 16 ประเทศเนเธอร์แลนด์ได้ปรับปรุงกังหันลมจนเป็นที่รู้จักกันดีของชาวโลก เพราะกังหันลมที่ประดิษฐ์ขึ้นมานั้นมีกำลังถึง 90 แรงม้า ใน พ.ศ.2129 ประเทศเนเธอร์แลนด์ได้ประดิษฐ์กังหันลมเพื่อใช้ในกิจการของโรงงานทำกระดาษเป็นแห่งแรกของโลก ประมาณกลาง คริสต์ศตวรรษที่ 19 ประเทศเนเธอร์แลนด์มีกังหันลมใช้กว่าเก้าพันเครื่อง นอกจากประเทศเนเธอร์แลนด์แล้ว ยังมีประเทศอื่นๆ อีกหลายประเทศที่เคยใช้กังหันลมมาแล้วในอดีต เช่น ประเทศเดนมาร์ก ฝรั่งเศส อังกฤษ รัสเซีย แคนาดา สหรัฐอเมริกา อิสราเอล อินเดีย และญี่ปุ่น เป็นต้น ในประเทศไทยก็มีการใช้กังหันลมกันในบริเวณลุ่มแม่น้ำเจ้าพระยาเพื่อสูบน้ำขึ้นมาทำนา บริเวณชายฝั่งอ่าวไทยก็มีการใช้กังหันลมเพื่อทำนาเกลือ ปัจจุบันก็ยังมีใช้อยู่บ้าง เช่น จังหวัดสมุทรสาคร  สมุทรสงคราม  สมุทรปราการ และชลบุรี เป็นต้น

                การใช้กังหันลมของประเทศต่างๆ เริ่มลดน้อยลง เมื่อมีการผลิตเครื่องจักรไอน้ำ ประกอบกับเป็นสมัยที่กำลังมีการปฏิวัติอุตสาหกรรม ซึ่งจำเป็นจะต้องใช้พลังงานจักรกลเป็นจำนวนมาก กังหันลมไม่สามารถนำไปใช้ได้ทุกสถานที่ เพราะมีข้อจำกัดในเรื่องกระแสลมและกำลังที่ได้ออกมา ดังนั้นเครื่องจักรไอน้ำจึงค่อยๆ เข้ามาแทนที่กังหันลม ในเวลาต่อมาเมื่อมีการผลิตเครื่องยนต์สันดาปภายในขึ้น การใช้กังหันลมก็ยิ่งลดน้อยลงไปตามลำดับ จนกระทั่งเมื่อประมาณ พ.ศ.2516 กลุ่มประเทศผู้ผลิตและส่งน้ำมันเป็นสินค้าออก ได้ประกาศขึ้นราคาน้ำมันอย่างรวดเร็วทำให้เกิดปัญหาในด้านเชื้อเพลิงของโลก ประเทศที่ไม่มีน้ำมันเชื้อเพลิงจึงจำเป็นต้องพยายามพัฒนาพลังงานอื่นๆ มาทดแทน ประเทศไทยเราก็ได้มีการค้นคว้าทดลอง การใช้พลังงานลมในรูปแบบต่างๆ เพื่อมาทดแทนเช่นกัน

ข้อมูลเพิ่มเติม : กังหันลม  พลังงานลม  พัดลมไอน้ำ