พลังงานลมหรือที่เรียกว่าพลังงานลม เป็นวิธีการควบคุมลมและเปลี่ยนให้เป็นพลังงานไฟฟ้า ประสิทธิภาพลมโดยเฉลี่ยของกังหันอยู่ระหว่าง 35-45%
การผลิตพลังงานลม
ลมเกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศของโลกเนื่องจากอุณหภูมิโลกที่แตกต่างกันในท้องถิ่นหรือในระดับภูมิภาคและระดับโลก เมื่อความอบอุ่นกลายเป็นความร้อน มันจะลอยขึ้นจากบริเวณที่มีความกดอากาศต่ำ อากาศจากบริเวณที่เย็นกว่าซึ่งมีความดันอากาศสูงกว่าจะเคลื่อนเข้ามาเพื่อทำให้ความดันอากาศเท่ากัน
กังหันลมและกังหันใช้ประโยชน์จากพลังงานจลน์หรือ "พลังงานการเคลื่อนที่" ที่จะเคลื่อนอากาศหรือลมจากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่งและแปลงเป็นไฟฟ้ากังหันลมถูกสร้างขึ้นในสถานที่ที่มีลมแรง ดังนั้นลมจึงสามารถเคลื่อนใบพัดกังหันได้ ใบพัดเหล่านี้หมุนมอเตอร์ และเกียร์จะเพิ่มการหมุนมากพอที่จะผลิตกระแสไฟฟ้า กังหันที่มีการออกแบบแตกต่างกันนั้นเหมาะสมกับสภาวะที่แตกต่างกัน
ประสิทธิภาพลมและปัจจัยความจุลม
ประสิทธิภาพลมไม่เหมือนกับปัจจัยความจุลม ซึ่งเป็นสิ่งที่ผู้คนพูดถึงเมื่อนึกถึงประสิทธิภาพการใช้พลังงาน Wind Watch อธิบายความแตกต่างระหว่างปรากฏการณ์ทั้งสอง
ประสิทธิภาพลมและขีดจำกัด
ประสิทธิภาพลมคือปริมาณพลังงานจลน์ในลมที่ถูกแปลงเป็นพลังงานกลและไฟฟ้า กฎฟิสิกส์ที่อธิบายโดย Betz Limit กล่าวว่าขีดจำกัดทางทฤษฎีสูงสุดคือ 59.6% ลมต้องใช้พลังงานที่เหลือเพื่อพัดผ่านใบพัด นี่เป็นสิ่งที่ดีจริงๆ หากกังหันกักพลังงานลมไว้ 100% จะหยุดพัด และใบพัดของกังหันก็ไม่สามารถหมุนเพื่อผลิตไฟฟ้าได้
อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบัน เป็นไปไม่ได้สำหรับเครื่องจักรใดๆ ที่จะแปลงพลังงานจลน์ที่ติดอยู่ทั้งหมด 59.6% จากลมเป็นไฟฟ้า มีข้อจำกัดเนื่องจากวิธีสร้างและออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งจะช่วยลดปริมาณพลังงานที่ถูกแปลงเป็นพลังงานในที่สุด ค่าเฉลี่ยปัจจุบันอยู่ที่ 35-45% ดังที่กล่าวข้างต้น ประสิทธิภาพสูงสุดที่ประสิทธิภาพสูงสุดอาจสูงถึง 50% ตาม Wind Watch เอกสารของรัฐบาลออสเตรเลีย (NSW) ยังตกลงด้วยว่า 50% คือประสิทธิภาพลมสูงสุดที่สามารถรับได้ (หน้า 3)
ประสิทธิภาพการใช้พลังงานไม่แตกต่างกันมากเท่ากับปัจจัยความจุลม ซึ่งขึ้นอยู่กับขอบเขตที่ดีของสถานที่และสภาพอากาศ
ปัจจัยความจุลม
ปัจจัยความจุลมคือปริมาณพลังงานที่ผลิตโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทียบกับสิ่งที่สามารถผลิตได้หากทำงานตลอดเวลาที่ความจุสูงสุด ตามรายงานของ Green Tech Media ปัจจัยความจุลมมีแนวโน้มที่จะแตกต่างกันไปในแต่ละสถานที่และในช่วงเวลาที่แตกต่างกันของปี แม้ว่าจะมีกังหันตัวเดียวกันก็ตาม เนื่องจากขึ้นอยู่กับความเร็วลม ความหนาแน่น และพื้นที่กวาดซึ่งขึ้นอยู่กับขนาดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ชี้ให้เห็น Open EI.ปัจจัยความจุลมสามารถปรับให้เหมาะสมได้โดยการเลือกสถานที่ที่สภาพลมในอุดมคติมีอิทธิพลเหนือตลอดทั้งปีหรือมากกว่านั้น ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องพิจารณาปัจจัยความจุลมและเงื่อนไขที่มีอิทธิพลต่อการเพิ่มกำลังไฟฟ้าสูงสุด
- ความเร็วลมต่ำกว่า 30 ไมล์ต่อชั่วโมง ให้พลังงานเพียงเล็กน้อยตาม Wind Watch ความเร็วที่เพิ่มขึ้นแม้เพียงเล็กน้อยก็สามารถแปลไปสู่การเพิ่มขึ้นอย่างมากของพลังงานที่สร้างขึ้นตาม Open EI ไฟฟ้าที่ผลิตได้คือลูกบาศก์ของความเร็วลม อธิบาย Wind EIS
- ความหนาแน่นของอากาศ อยู่ในภูมิภาคที่เย็นกว่าและที่ระดับน้ำทะเลมากกว่าบนภูเขา ดังนั้นสถานที่ในอุดมคติที่มีความหนาแน่นของลมสูงคือทะเลที่มีอุณหภูมิเย็นกว่าตาม Open EI นี่คือเหตุผลหนึ่งที่ทำให้เกิดการขยายตัวขนาดใหญ่ในการสร้างลมนอกชายฝั่ง
- กังหันที่ใหญ่กว่าและสูงกว่า สามารถใช้ประโยชน์จากลมที่อยู่สูงกว่าพื้นดินได้มากขึ้นและด้วยการขยายช่วงของใบพัดที่เพิ่มขึ้น การพิจารณาทางเศรษฐกิจจึงมีความสำคัญที่นี่
ปัจจัยด้านความจุเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องด้วยเทคโนโลยีที่ได้รับการปรับปรุง กังหันลมที่สร้างขึ้นในปี 2557 มีปัจจัยด้านกำลังการผลิตอยู่ที่ 41.2% เทียบกับ 31.2% สำหรับกังหันที่สร้างขึ้นระหว่างปี 2547-2554 ตามรายงานของ Green Tech Media อย่างไรก็ตาม ปัจจัยด้านความจุของลมไม่เพียงได้รับผลกระทบจากเทคโนโลยีเท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อความพร้อมของลมด้วย ดังนั้นในปี 2558 ปัจจัยด้านกำลังการผลิตของกังหันจึงต่ำกว่าค่าเฉลี่ยของปีก่อน เนื่องจาก "ลมแล้ง" อธิบายโดย Green Tech Media
เปรียบเทียบกับแหล่งพลังงานอื่น
ประสิทธิภาพการใช้พลังงานของลมดีกว่าประสิทธิภาพการใช้พลังงานของถ่านหิน พลังงานในถ่านหินเพียง 29-37% เท่านั้นที่ถูกแปลงเป็นไฟฟ้า และก๊าซมีประสิทธิภาพเกือบเท่ากับพลังงานลม เนื่องจากพลังงานในก๊าซ 32-50% สามารถแปลงเป็นไฟฟ้าได้
อย่างไรก็ตาม ในแง่ของปัจจัยด้านกำลังการผลิต เชื้อเพลิงฟอสซิลทำงานได้ดีกว่าลมในสหรัฐอเมริกาในปี 2016 ตามข้อมูลของสำนักงานสารสนเทศด้านพลังงานของสหรัฐอเมริกา (EIA)
-
พลังงานทดแทนเทียบกับโรงงาน โรงงานถ่านหินในสหรัฐฯ มีกำลังการผลิตอยู่ที่ 52.7%
- ปัจจัยด้านกำลังการผลิตของโรงงานก๊าซอยู่ที่ 56% ในสหรัฐอเมริกา
- พลังงานนิวเคลียร์มีปัจจัยด้านความจุ 92.5% ตามตัวเลขของ EIA สำหรับเชื้อเพลิงที่ไม่ใช่ฟอสซิล
- ปัจจัยกำลังการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำอยู่ที่ 38%
- ปัจจัยความจุของพลังงานลมคือ 34.7%
เมื่อเปรียบเทียบกำลังไฟฟ้าที่ส่งออกจากแหล่งพลังงานต่างๆ ควรพิจารณาไม่เพียงแต่ปัจจัยด้านความจุเท่านั้น แต่ยังรวมถึงประสิทธิภาพการใช้พลังงานด้วย นี่คือสิ่งที่ทำให้การเพิ่มการผลิตไฟฟ้าจากลมมีความสามารถในการแข่งขันและเป็นไปได้เมื่อเปรียบเทียบกับเชื้อเพลิงฟอสซิลซึ่งยังต้องเจอกับปัญหามลภาวะที่เกิดขึ้น
ความไม่ต่อเนื่องส่งผลต่อผลผลิตพลังงานลม
พลังงานลมเกิดขึ้นเป็นระยะๆ เนื่องจากลมไม่ได้มีอยู่ตลอดเวลา และอาจพัดด้วยความเร็วที่แตกต่างกัน ซึ่งหมายความว่าพลังงานจะถูกสร้างขึ้นในระดับที่ไม่สอดคล้องกันความไม่ต่อเนื่องของพลังงานเป็นปรากฏการณ์ที่พลังงานไม่สามารถหาได้อย่างต่อเนื่องเนื่องมาจากปัจจัยหลายประการที่เราไม่สามารถควบคุมได้ ดังนั้นจึงมีการเปลี่ยนแปลงในอุปทาน
วิธีแก้ปัญหาความไม่ต่อเนื่อง
เนื่องจากการผลิตพลังงานจากกังหันลมผันผวนจากชั่วโมงต่อชั่วโมง หรือแม้แต่วินาทีต่อวินาที ผู้ผลิตไฟฟ้าจึงจำเป็นต้องมีพลังงานสำรองมากขึ้นเพื่อตอบสนองและรักษาระดับแหล่งจ่ายไฟให้สม่ำเสมอ นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันอธิบาย ความไม่ต่อเนื่องหมายถึงไม่เพียงแต่การขาดแคลนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงระยะเวลาของส่วนเกินด้วย นี่ก็เป็นวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้เช่นกัน นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันอธิบายว่าเมื่อจำนวนแหล่งที่มาของพลังงานลมเพิ่มขึ้น ความแตกต่างในท้องถิ่นในสภาพอากาศและสภาพลมสามารถสร้างสมดุลระหว่างการขาดแคลนและความเกินได้
การพยากรณ์อากาศและการสร้างแบบจำลองที่ได้รับการปรับปรุงยังทำให้ง่ายต่อการแยกปัจจัยในการเปลี่ยนแปลงพลังงานลมในระยะสั้น การผสมผสานของแหล่งที่มายังจำเป็นต่อความแตกต่างในแต่ละวันหรือตามฤดูกาลในการผลิตพลังงานลม
ฟาร์มกังหันลมใหม่ที่แพร่หลายทั่วสหรัฐอเมริกาได้ช่วยสร้างเสถียรภาพของแหล่งจ่ายไฟ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงสภาพอากาศที่รุนแรงในเท็กซัส ตามข้อมูลของ Clean Technica โดยไม่คำนึงถึงความไม่ต่อเนื่อง
ต้นทุน
ในปี 2017 The Independent ประกาศว่าการผลิตพลังงานจากลมมีราคาถูกกว่าจากเชื้อเพลิงฟอสซิล มีค่าใช้จ่าย 50 เหรียญสหรัฐฯ ในการผลิตหนึ่งเมกะวัตต์-ชั่วโมง (MWh) ในปี 2017 ด้วยเทคโนโลยีที่ได้รับการปรับปรุง ต้นทุนยังคงลดลง ทำให้มีความน่าสนใจมากกว่าแหล่งพลังงานที่ก่อมลพิษแบบเดิมๆ สหรัฐฯ หวังที่จะกระตุ้นการเคลื่อนไหวนี้ด้วยการมอบสิ่งจูงใจจากรัฐบาล เพื่อเพิ่มส่วนแบ่งของพลังงานลมซึ่งผลิตไฟฟ้าได้ 6% ในปี 2016 ตาม EIA
Wind EIS ตั้งข้อสังเกตว่า 80% ของต้นทุนเป็นต้นทุนทุนที่เกี่ยวข้องกับการติดตั้งกังหัน และ 20% อยู่ในการดำเนินงาน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากไม่มีค่าใช้จ่ายด้านเชื้อเพลิง และเมื่อพิจารณาถึงพลังงานที่ผลิตได้ตลอดวงจรชีวิต พลังงานลมจึงสามารถแข่งขันได้
พลังงานปลอดคาร์บอน
พลังงานลมเป็นหนึ่งในทางเลือกที่มีประสิทธิภาพมากกว่าพลังงานเชื้อเพลิงฟอสซิล มีการคาดการณ์ว่าภายในปี 2593 139 ประเทศที่ใช้พลังงาน 99% ของโลกในปัจจุบันจะใช้พลังงานหมุนเวียน 100% ได้ ลมและแสงอาทิตย์ร่วมกันสามารถให้พลังงานได้มากถึง 97% ตามรายงานของ World Forum ปี 2017 ซึ่งสามารถช่วยลดภาวะโลกร้อนที่เพิ่มขึ้นให้ต่ำกว่า 1.5C ไม่ว่าจะเป็นฟาร์มกังหันลมบนเนินเขาหรือตามแนวชายฝั่ง เทคโนโลยีกังหันลมนำเสนอวิธีที่มีประสิทธิภาพมากกว่าอย่างมากในการผลิตไฟฟ้าที่ใช้ได้มากกว่าแหล่งพลังงานแบบดั้งเดิมที่ไม่หมุนเวียน