| รหัสโครงการ : | R000000470 |
| ชื่อโครงการ (ภาษาไทย) : | การศึกษาประสิทธิภาพและพัฒนาการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานน้ำไหลโดยใช้กังหัน ชนิดแกนตั้งในชุมชนตะเคียนเลื่อนริมฝั่งแม่น้ำเจ้าพระยาจังหวัดนครสวรรค์ |
| ชื่อโครงการ (ภาษาอังกฤษ) : | The Study Efficiency and Development of Generate Electricity from Water Flow by Vertical Axis Turbine at Takeanluen Community Nakhon Sawan Province |
| คำสำคัญของโครงการ(Keyword) : | กังหันน้ำแกนตั้ง พลังงานน้ำ ประสิทธิภาพ พลังงานไฟฟ้า |
| หน่วยงานเจ้าของโครงการ : | คณะเทคโนโลยีการเกษตรและเทคโนโลยีอุตสาหกรรม > ภาควิชาเทคโนโลยีอุตสาหกรรม สาขาวิชาวิศวกรรมพลังงาน |
| ลักษณะโครงการวิจัย : | โครงการวิจัยเดี่ยว |
| ลักษณะย่อยโครงการวิจัย : | ไม่อยู่ภายใต้แผนงานวิจัย/ชุดโครงการวิจัย |
| ประเภทโครงการ : | โครงการวิจัยใหม่ |
| สถานะของโครงการ : | แผนงานวิจัยหรือชุดโครงการวิจัยและโครงการวิจัยที่เสร็จสิ้นแล้ว |
| งบประมาณที่เสนอขอ : | 81000 |
| งบประมาณทั้งโครงการ : | 81,000.00 บาท |
| วันเริ่มต้นโครงการ : | 07 พฤษภาคม 2561 |
| วันสิ้นสุดโครงการ : | 06 พฤศจิกายน 2562 |
| ประเภทของโครงการ : | งานวิจัยประยุกต์ |
| กลุ่มสาขาวิชาการ : | วิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยี |
| สาขาวิชาการ : | สาขาวิศวกรรมศาสตร์และอุตสาหกรรมวิจัย |
| กลุ่มวิชาการ : | วิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยีพื้นฐานทางวิศวกรรมศาสตร์ |
| ลักษณะโครงการวิจัย : | ระดับชาติ |
| สะท้อนถึงการใช้ความรู้เชิงอัตลักษณ์ : | สะท้อนถึงการใช้ความรู้เชิงอัตลักษณ์ |
| สร้างความร่วมมือประหว่างประเทศ GMS : | ไม่สร้างความร่วมมือทางการวิจัยระหว่างประเทศ |
| นำไปใช้ในการพัฒนาคุณภาพการศึกษา : | ไม่นำไปใช้ประโยชน์ในการพัฒนาณภาพการศึกษา |
| เกิดจากความร่วมมือกับภาคการผลิต : | ไม่เกิดจากความร่วมมือกับภาคการผลิต |
| ความสำคัญและที่มาของปัญหา : | ปัจจุบันความต้องการใช้ไฟฟ้า ของประเทศไทยมีเพิ่มขึ้น โดยเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2556 มีความต้องการใช้ไฟฟ้า มีค่าเท่ากับ 24,251.15 เมกะวัตต์ (การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย, 2556) สาเหตุของความต้องการใช้ไฟฟ้าเพิ่มเนื่องจากการพัฒนาทางด้านเศรษฐกิจและสังคม มีผลทำให้อัตราการเจริญเติบโตทางด้านเศรษฐกิจและการเพิ่มขึ้นของจำนวนประชากรเป็นไปอย่างรวดเร็ว ที่
ต้องอาศัยพลังงานไฟฟ้าในการขับเคลื่อน จึงต้องผลิตไฟฟ้าเพิ่มขึ้น
เพื่อตอบสนองต่อความต้องการใช้พลังงานไฟฟ้า ซึ่งการผลิตไฟฟ้านั้นส่วนใหญ่จะใช้พลังงานในกลุ่มปิโตรเลียมที่ใช้แล้วหมดไป และยังส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม เช่น ภาวะโลกร้อน ฝนกรด เป็นต้น จากข้อมูลข้างต้น พลังงานทดแทนเป็นอีกทางเลือกที่ใช้เชื้อเพลิงในการผลิตไฟฟ้า เพราะพลังงานทดแทนเป็นพลังงานที่สะอาดไม่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม และสามารถหมุนเวียนมาใช้ใหม่ได้อีก โดยการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานน้ำจะแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ การผลิตไฟฟ้าโดยอาศัยพลังงานศักย์ของน้ำ (น้ำตก, เขื่อน) และการผลิตไฟฟ้าที่อาศัยพลังงานจลน์ของน้ำ (แน่น้ำ, ลำธาร)
ประเทศไทยมีพื้นที่รวม 512,000 ตารางกิโลเมตร แบ่งพื้นที่ตามสภาพภูมิประเทศซึ่งมีลุ่มน้ำสายหลัก ได้เป็น 25 ลุ่มน้ำหลัก ในปี พ.ศ. 2554 ได้รับปริมาณน้ำฝนประมาณ 932,722 ล้านลูกบาศก์เมตรต่อปี ซึ่งร้อยละ 70 ของปริมาณน้ำจำนวนนี้ จะซึมลงใต้ดินและระเหยกลับไปสู่บรรยากาศ และค้างที่อยู่ในแอ่งน้ำ หนอง และบึงธรรมชาติ ส่วนที่เหลือร้อยละ 30 เป็นน้ำท่าที่ไหลไปตามแม่น้ำ ลำคลอง ห้วย ธารและลำต่างๆ โดยภาคเหนือมีปริมาณน้ำท่าประมาณ 38,567 ล้านลูกบาศก์เมตรต่อปี ภาคตะวันออกเฉียงเหนือมีปริมาณน้ำท่าประมาณ 61,513 ล้านลูกบาศก์เมตรต่อปี ภาคกลางมีประมาณ 24,976 ล้านลูกบาศก์เมตรต่อปี ภาคตะวันออกประมาณ 23,882 ล้านลูกบาศก์เมตรต่อปี และภาคใต้ประมาณ 64,486 ล้านลูกบาศก์เมตรต่อปี
จังหวัดนครสวรรค์เป็นจังหวัดหนึ่งที่อยู่ในเขตภาคเหนือของประเทศไทยซึ่งเป็นต้นกำเนิดของแม่น้ำเจ้าพระยา คือ การรวมตัวของแม่น้ำ 4 สาย ไหลมาบรรจบกันที่ อำเภอชุมแสง จังหวัดนครสวรรค์ เป็นแม่น้ำน่าน และไหลรวมกันที่อำเภอเมือง จังหวัดนครสวรรค์จากนั้นไหลลงไปทางทิศใต้ผ่านจังหวัดอุทัยธานี ชัยนาท สิงบุรี อ่างทอง พระนครศรีอยุธยา ปทุมธานี นนทบุรี และกรุงเทพมหานคร ก่อนออกสู่อ่าวไทย รวมความยาวจากจังหวัดนครสวรรค์ถึงปากอ่าวไทยมีความยาว 370 กิโลเมตร เมื่อจังหวัดนครสวรรค์เป็นสถานที่รวมตัวของแม่น้ำ 4 สายทำให้แม่น้ำเจ้ายาในจังหวัดนครสวรรค์มีปริมาณน้ำเฉลี่ยรายปี 22,016 ล้านลบ.ม. ไหลผ่านจังหวัดนครสวรรค์ซึ่งมีปริมาณมากที่สุดในประเทศไทย
ดังนั้นคณะผู้วิจัยจึงศึกษาและค้นคว้าเครื่องผลิตไฟฟ้าด้วยพลังงานน้ำไหลแบบกังหันแกนตั้ง เพื่อนำกระแสไฟฟ้าจ่ายให้กับชุมชน เพื่อเป็นทางเลือกในการใช้พลังงานทดแทนของชุมชนริมฝั่งแม่น้ำเจ้าพระยาจังหวัดนครสวรรค์ ดังนั้นจึงมีการศึกษาทางด้านพลังงานทดแทนเพื่อบรรเทาปัญหาวิกฤตพลังงาน ซึ่งสอดคล้องกับนโยบายของภาครัฐและกระทรวงพลังงานตลอดจนแผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติฉบับปัจจุบันและยังเกิดความมั่นคงและยั่งยืนทางด้านสิ่งแวดล้อม |
| จุดเด่นของโครงการ : | - |
| วัตถุประสงค์ของโครงการ : | 1.2 วัตถุประสงค์ของโครงการวิจัย
1. เพื่อออกแบบและสร้างเครื่องผลิตไฟฟ้าพลังงานน้ำไหลแบบกังหันแกนตั้ง
เพื่อทดสอบประสิทธิภาพของใบกังหันชนิดแกนตั้งขนาด 20 เซนติเมตร, 30 เซนติเมตร และ40 เซนติเมตร
2. เพื่อวิเคราะห์ขนาดของใบกังหันชนิดแกนตั้งที่เหมาะสมกับแม่น้ำเจ้าพระยาในเขตชุมชน
ตะเคียนเลื่อนจังหวัดนครสวรรค์
3. เพื่อวิเคราะห์ความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ของเครื่องผลิตไฟฟ้าพลังงานน้ำไหลแบบ
กังหันแกนตั้ง
4. เพื่อจัดทำคู่มือการออกแบบสร้างและคู่มือการใช้งานของเครื่องผลิตไฟฟ้าพลังงานน้ำ
ไหลแบบกังหันแกนตั้งที่ใช้บริเวณริมฝั่งแม่น้ำเจ้าพระยาในเขตชุมชนตะเคียนเลื่อนจังหวัดนครสวรรค์ |
| ขอบเขตของโครงการ : | 1.3 ขอบเขตของโครงการวิจัย
1. ขอบเขตพื้นที่ ชุมชนตะเคียนเลื่อนจังหวัดนครสวรรค์ เก็บข้อมูลโดยการทดสอบใน
ช่วงเวลา 8.00-16.00 น.
2. ขอบเขตประชากร/ กลุ่มตัวอย่าง: ตำบลตะเคียนเลื่อน อำเภอเมือง จังหวัดนครสวรรค์
มีประชากรจำนวน 70 ครัวเรือน ซึ่งเป็นชุมชนที่มีแม่น้ำเจ้าพระยาไหลผ่านตลอดแนวข้างของชุมชน มีความเร็วของกระแสน้ำคงที่ สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าจากพลังงานน้ำไหลได้ตลอดทั้งปี
3. ขอบเขตตัวแปรและเนื้อหา
1) ระดับน้ำและความเร็วของกระแสน้ำ
2) ประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าจากใบกังหัน 3 ขนาด
3) ระยะเวลาคืนทุนของเครื่องผลิตไฟฟ้าพลังงานน้ำไหล
4) วิเคราะห์ขนาดของใบกังหันที่มีความเหมาะสมในการนำมาผลิตไฟฟ้าบริเวณริมฝั่งแม่น้ำเจ้าพระยาชุมชนตะเคียนเลื่อนจังหวัดนครสวรรค์ |
| ผลที่คาดว่าจะได้รับ : | 1.4 ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับจากงานวิจัย
1. ได้เครื่องผลิตไฟฟ้าพลังงานน้ำไหลแบบกังหันแกนตั้ง
2. ได้ผลการทดสอบประสิทธิภาพของกังหันแบบแกนตั้ง ขนาด 20 เซนติเมตร, 30
เซนติเมตร และ 40 เซนติเมตร
3. ได้ทราบผลขนาดของใบกังหันที่เหมาะสมสำหรับแม่น้ำเจ้าพระยาในเขต อำเภอเมืองใน
เขต จังหวัดนครสวรรค์
4. ได้ผลความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ของเครื่องผลิตไฟฟ้าพลังงานน้ำไหลแบบกังหันแกน
ตั้ง |
| การทบทวนวรรณกรรม/สารสนเทศ : | พลังวัชร์ แพ่งธีระสุขมัย กังหันน้ำผลิตไฟฟ้า เป็นการออกแบบและสร้างกังหันน้าผลิตไฟฟ้าโดยติดตั้งอุปกรณ์ผลิตกระแสไฟฟ้าจากพลังงานน้ำไหลและนำกระไฟฟ้าที่ได้มาใช้ให้เกิดประโยชน์ในชีวิตประจำวันทดสอบและหาประสิทธิภาพการทำงานของกังหันน้ำพลังไฟฟ้าผลการทดสอบ เมื่อนำกังหันน้ำลงในจุดทดลองและปล่อยให้กังหันน้ำหมุนและผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยกลไกลทดรอบบนทุนกังหันใช้ไดชาร์ตรถยนต์ขนาด 120 แอมป์ เป็นอุปกรณ์ผลิตกระแสไฟฟ้ากระแสตรง 12 โวลต์ และเก็บไว้ในแบตเตอรี่ขนาด 120 แอมป์ สรุปผลการทดสอบได้ดังนี้ความเร็วน้ำไหลเฉลี่ย 12 เมตร/นาที ความเร็วรอบกังหันหมุนเฉลี่ย 4 รอบต่อนาที่ขนาดของกระแสที่ผลิตได้เฉลี่ย 5 แอมป์ วิเคราะห์ผลการทดลองความเร็วน้ำไหลเฉลี่ย 12 เมตร/นาที เป็นความเร็วการไหลของน้ำซึ่งเกิดจากการปล่อยน้ำจากเขื่อนไม่ได้เป็นการไหลแบบธรรมชาติ
ณัฐวุฒิ จันทเลิศ, จิระกานต์ ศิริวิชญ์ไมตรี การทดสอบประสิทธิภาพของใบพัดกังหันนํ้าแนวตั้งแบบลดแรงเสียดทาน:การเปรียบเทียบประสิทธิภาพใบพัดการศึกษาเพื่อทดสอบประสิทธิภาพของใบพัดกังหันนํ้าแกนตั้งความเร็วตํ่านี้ส่วนของกังหันนํ้าจะประกอบจากแกนกลางที่ทำมาจากมู่เล่และมีเพลาเป็นตัวหมุนและจะมีวงล้อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.1 เมตร เพื่อให้สายพานคล้องกับตัววงล้อและปลายของสายพานทั้งสองด้านจะติดกับเครื่องชั่งนํ้าหนักเพื่อที่จะได้ทำการวัดแรงดึงของสายพาน เมื่อทำการทดสอบกังหันนํ้าส่วนใบพัดของกังหันจะมี 2 แบบคือใบพัดโค้งรูปทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้าขนาดความกว้าง 0.1 เมตร ? ความยาว 0.3 เมตรมีรัศมีความโค้งเท่ากับ 0.15 เมตรวัสดุที่ใช้ทำใบพัดคือไฟเบอร์คาร์บอนผลการทดสอบเมื่อเปรียบเทียบกังหันนํ้าแบบใหม่ และแบบเก่าที่มีใบพัดชนิดตรงเหมือนกันพลังงานของใบพัดตรงชนิดใหม่ที่ได้พัฒนาจะมีประสิทธิภาพมากกว่าแบบเก่าเนื่องจากระบบการเปิด – ปิดของใบพัดตัวใหม่นั้นทำได้ดีกว่าใบพัดเดิมโดยจะได้แรงที่กระทำต่อใบพัดเท่ากันแต่ความเร็วในการไหลที่ใช้เปิด – ปิดจะตํ่ากว่าแม้ว่าการพัฒนาใบพัดแบบใหม่จะมีประสิทธิภาพมากกว่าแบบเก่าแต่พลังงานที่ดึงออกมาได้นั้นก็ยังไม่เต็มที่สาเหตุเกิดจากการสูญเสียจากความร้อนแรงเสียดทานการบิดตัวของแกนกังหันทำให้พลังงานที่ดึงออกมาได้นั้นมีค่าน้อยกว่าพลังงานที่ควรจะได้
ยอดชาย เตียเปิ้น, นพพงศ์ ศรีตระกูล, อุดมเกียรติ นนทแก้ว, ประโมทย์ ฉมามหัทธนา งานวิจัยนี้เป็นความร่วมมือระหว่างการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทยร่วมกับสถาบันการศึกษาเพื่อพัฒนาการมาตรฐานการออกแบบเครื่องกันหันพลังน้ำขนาดเล็ก สำหรับผลิตกระแสไฟฟ้าที่เหมาะสมกับแหล่งน้ำในประเทศและเน้นการพึ่งพาเทคโนโลยีภายในประเทศเขื่อนแม่จางโรงไฟฟ้าแม่เมาะ จ.ลำปาง เป็นกรณีศึกษาเบื้องต้นอาศัยเทคนิคการจำลองทางพลศาสตร์ของไหลช่วยในการออกแบบใช้แบบจำลองการไหลปั่นป่วนแบบ K-W วิเคราะห์สนามการไหลและประสิทธิภาพบทความนี้แสดงผลการออกแบบผ่านการจำลองเปรียบเทียบกับผลการทดสอบที่ค่าหัวน้ำเฉลี่ย 13 เมตรและอัตราการไหล 1.6 เมตร/วินาที กำลังผลิต 155 กิโลวัตต์ ประสิทธิภาพรวม 80 เปอร์เซ็นต์ ผลมีความสอดคล้องกันเป็นอย่างดีการจำลองทางด้าน CFD สามารถช่วยการออกแบบกังหันน้ำได้เป็นอย่างดีการกำหนดเงื่อนไขทางเข้ามีความสำคัญต่อผลการจำลองอย่างยิ่งการกำหนดเงื่อนไขทางเข้าเป็น pressure inlet จะได้ผลใกล้เคียงกับการทดสอบมากกว่าการกำหนดทางเข้าเป็นแบบMassflow rate เนื่องจากการกำหนดทางเข้าเป็น pressure inlet สามารถปรับความเร็วรอบเพื่อกำหนดค่าอัตราการไหลใกล้เคียงกับการทดสอบ
คิดชาย อุณหศิริกุล, มธุรา อุณหศิริกุล การผลิตไฟฟ้าพลังนํ้าจากฝายในจันทบุรีเพื่อพัฒนาชุดผลิตไฟฟ้าพลังนํ้าจากฝายในจังหวัดจันทบุรี เพื่อผลิตไฟฟ้าพลังนํ้าที่จัดสร้างขึ้นมาด้วยแรงงานและวัสดุภายในประเทศนี้ถึงแม้ว่าจะได้ค่าแรงดันกระแสตรง 17.3 โวลต์ ซึ่งมากพอที่จะประจุแบตเตอรี่ขนาด 12 โวลต์แต่ประสิทธิภาพที่ได้ของชุดผลิตไฟฟ้ายังค่อนข้างตํ่าสามารถจะพัฒนาเพิ่มกำลังการผลิตไฟฟ้าให้มากขึ้นมาได้อีกเช่นการเพิ่มระดับหัวนํ้าสุทธิด้วยการหาตำแหน่งวางชุดผลิตไฟฟ้าที่เหมาะสมบริเวณด้านข้างของท้ายนํ้าแล้วต่อส่งนํ้าลงไปและการเพิ่มประสิทธิภาพของชุดกังหันนํ้า
อีลีหย๊ะ สนิโซ พลังงานน้ำผลิตไฟฟ้าขนาดจิ๋ว การติดตั้งและทดสอบระบบ ณ มูลนิธิสุข-แก้วแก้วแดง การวิจัยนี้จึงมุ่งออกแบบติดตั้งและทดสอบระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานน้ำขนาดจิ๋ว ณ มูลนิธิสุขแก้ว-แก้วแดง ต.ลำพะยา อ.เมือง จ.ยะลา เพื่อเป็นแหล่งเรียนรู้ในท้องถิ่นจากการศึกษาพบว่าบริเวณลำธารสายที่หนึ่งสามารถติดตั้งระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานน้ำขนาดจิ๋วแบบคอยาว (กังหันน้ำคาปลาน) ขนาดกำลัง 1 กิโลวัตต์เมื่อทดสอบระบบพบว่าสามารถให้แรงเคลื่อนและความถี่ไฟฟ้าได้เฉลี่ยเท่ากับ 217.43 ? 2.70 โวลต์ และ 47.52 ? 2.12 เฮิร์ท ตามลำดับและสามารถใช้งานได้จริงกับครัวเรือนหรือชุมชนในท้องถิ่น 3 จังหวัดชายแดนภาคใต้
เศรษฐา สมจิตต์ชอบ, พรหมพร เชื้อกุลา, จิระกานต์ ศิริวิชญ์ไมตรี งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาประสิทธิภาพกังหันน้ำแกนตั้งแบบลดแรงเสียดทานซึ่งเหมาะสมสำหรับสภาพการไหลความเร็วการไหลช้าของน้ำในคลองชลประทานโดยกังหันน้ำมีแกนในแนวตั้งมีคุณสมบัติสามารถตั้งใบพัดขึ้นเพื่อรับพลังงานการไหลเมื่ออยู่ในทิศทางการไหลของกระแสน้ำและพับใบลงเมื่อหมุนไปอยู่ในทิศทางทวนกระแสน้ำ ผลที่ได้จากการทดสอบกังหันน้ำในแบบจำลองคลองชลประทานได้ทำการทดสอบทั้งหมด 4 ความเร็วคือ0.93, 1.1, 1.25 และ1.79 เมตร/วินาที พบว่าประสิทธิภาพสูงสุด (Cp) ได้ประมาณ 60 เปอร์เซ็นต์ ที่ความเร็วกระแสน้ำ 1.25 เมตร/วินาที และจำนวนกังหันแบบ 8 ใบ
มัทนี สงวนเสริมศรี, วัฒนพงษ์ รักษ์วิเชียร การพัฒนาระบบกำเนิดไฟฟ้าพลังงานน้ำขนาดจิ๋วสำหรับประเทศไทยโครงการวิจัยนี้เป็นการออกแบบและสร้างกังหันน้ำแบบใบพัดยึดติดคงที่ เพื่อผลิตกำลังไฟฟ้าขนาด 1 กิโลวัตต์ โดยใช้ทฤษฎีสามเหลี่ยมความเร็วของกังหันน้ำช่วยในการออกแบบหาอัตราส่วนเส้นผ่านศูนย์กลางภายในต่อเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของกังหันน้ำและรูปร่างใบพัดของกังหันน้ำ โดยเงื่อนไขในการออกแบบกังหันน้ำที่อัตราการไหล 63 ลิตรต่อวินาที หัวน้ำสูง 3 เมตร และที่ความเร็วรอบ 1,000 รอบต่อนาที จากการออกแบบได้แบบกังหันน้ำแบบใบพัดยึดติดคงที่ โดยมีรูปร่างใบพัดกังหันน้ำแบบ MH 120 มีจำนวนใบพัดของกังหันน้ำเท่ากับ 4 ใบ มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของกังหันน้ำต่อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก เท่ากับ 0.35 และขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของกังหันน้ำเท่ากับ 5 เซนติเมตร ทำให้กังหันน้ำมีประสิทธิภาพเท่ากับ 90.92 เปอร์เซ็นต์ ขนาดกำลังเพลาที่ผลิตได้ของกังหันน้ำเท่ากับ 1,819.24 วัตต์ สามารถผลิตไฟฟ้าได้เท่ากับ 1,267.7 วัตต์
วีระยุทธ หล้าอมรชัยกุล การศึกษาตัวแปรที่เหมาะสมสำหรับกังหันน้ำผลิตไฟฟ้าขนาดเล็กที่มีเฮดต่ำด้วยวิธีการวิเคราะห์พลศาสตร์ของไหลโดยโปรแกรมคอมพิวเตอร์ เป็นการออกแบบและสร้างต้นแบบกังหันน้ำผลิตไฟฟ้าขนาดเล็กที่มีเฮดน้ำต่ำ โดยเน้นคำนวณหาค่าตัวแปรที่เหมาะสมสำหรับการออกแบบโครงสร้างและรูปทรงต่างๆของตัวกังหันน้ำระบบการออกแบบ เริ่มต้นจากการคำนวณหารูปทรงเบื้องต้น และชิ้นส่วนต่างๆ ของกังหันน้ำ ได้แก่ ช่องทางน้ำเข้าโวลูตน้ำ และล้อกังหันน้ำ เมื่อได้รูปทรงครบถ้วน จึงนำไปทำการสร้างเมช สำหรับการคำนวณผลทางด้านพลศาสตร์ของไหล เพื่อทำการประเมินศักยภาพการทำงานของกังหันน้ำ โดยใช้วิธีการจำลองเชิงตัวเลข การไหลของน้ำผ่านล้อกังหันน้ำ ซึ่งกังหันน้ำที่จำลองเป็นกังหันน้ำผลิตไฟฟ้าขนาดเล็กที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางวงล้อเท่ากับ 310 มิลลิเมตร การจำลองเชิงตัวเลขนั้น กระทำโดยการใช้กรรมวิธีจำกัดปริมาตรในสามมิติ โดยทำการสร้างปริมาตรควบคุมให้กับล้อกังหันน้ำเพื่อให้ง่ายต่อการคำนวณ
ทวีศักดิ์ มหาวรรณ์, พฤทธิ์ เนตรสว่าง การออกแบบและพัฒนากังหันน้ำขนาดเล็กเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าเป็นการออกแบบและพัฒนากังหันน้ำแบบแรงกระทบเพื่อใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้า การวิจัยมุ่งเน้นศึกษาหาสมรรถนะการทำงานของกังหันน้ำที่ได้ ซึ่งแบ่งการทดลองออกเป็น 2 ส่วน โดยส่วนแรกเป็นการทดสอบสมรรถนะของกังหันน้ำจากตำแหน่งเปิดวาล์วหัวฉีดที่ต่างกัน จากการเปิดวาล์วหัวฉีดที่ 20 เปอร์เซ็นต์ - 100 เปอร์เซ็นต์ และการทดสอบแบบที่สองจะทำการทดสอบสมรรถนะของกังหันน้ำ จากความดันน้ำที่ต่างกัน เพื่อหาประสิทธิภาพสูงสุด จากการทดสอบหาสมรรถนะของกังหันน้ำโดยเปิดวาล์วหัวฉีดที่ 20 เปอร์เซ็นต์ - 100 เปอร์เซ็นต์ พบว่ากังหันน้ำได้ประสิทธิภาพการทำงานสูงสุด 38 เปอร์เซ็นต์ ที่อัตราการไหล 1.53 ลิตรต่อวินาที และเมื่อเพิ่มภาระทางด้านออกของกำลังงานโดยใช้หลอดไฟฟ้าขนาด 100 วัตต์จำนวน 7 หลอด ที่เปอร์เซ็นต์การเปิดหัวฉีด 20 เปอร์เซ็นต์ จะให้กระแสไฟฟ้าสูงสุด 2.6 แอมแปร์ ที่ความเร็วรอบสูงสุด 1,347 รอบต่อนาที |
| ทฤษฎี สมมุติฐาน กรอบแนวความคิด : | บทที่ 2
ทฤษฏีที่เกี่ยวข้องและผลงานวิจัยที่เกี่ยวข้อง
2.1 หลักการทำงานของเครื่องผลิตไฟฟ้าแบบกังหันแกนตั้ง
ออกแบบใบกังหันชนิดแกนตั้งเพื่อนำไปทดสอบหาประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าของแต่ละขนาด โดยให้เครื่องผลิตไฟฟ้าจากพลังงานน้ำไหลมารับพลังงานจลน์จากกระแสน้ำเพื่อเปลี่ยนเป็นพลังงานกล และพลังงานไฟฟ้า โดยทำการออกแบบชุดทดรอบที่จำนวนรอบเหมาะสมเพื่อต่อเข้ากับแกนกังหันแล้วส่งกำลังให้กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
ภาพที่ 2.1 เครื่องผลิตไฟฟ้าพลังงานน้ำไหลแบบกังหันแกนตั้ง
2.2 ทฤษฏีพลังงานน้ำ
พลังงานน้ำ เป็นอีกรูปแบบหนึ่งการสร้างกำลังโดยการอาศัยพลังงานของน้ำที่เคลื่อนที่ ปัจจุบันนี้พลังงานน้ำส่วนมากจะถูกใช้เพื่อใช้ในการผลิตไฟฟ้า นอกจากนี้แล้วพลังงานน้ำยังถูกนำไปใช้ในกรมชลประทาน การสี การทอผ้า และใช้ในโรงเลื่อย พลังงานของมวลน้ำที่เคลื่อนที่ได้ถูกมนุษย์นำมาใช้มานานแล้วนับศตวรรษ โดยได้มีการสร้างกังหันน้ำ (Water Wheel) เพื่อใช้ในการงานต่างๆ ในอินเดีย และชาวโรมันก็ได้มีการประยุกต์ใช้เพื่อใช้ในการโม่แป้งจากเมล็ดพืชต่างๆ ส่วนผู้คนในจีนและตะวันออกไกลก็ได้มีการใช้พลังงานน้ำเพื่อสร้าง Pot Wheel เพื่อใช้ในวิดน้ำเพื่อการชลประทาน โดยในช่วงทศวรรษ 1830 ซึ่งเป็นยุคที่การสร้างคลองเฟื่องฟูถึงขีดสุด ก็ได้มีการประยุกต์เอาพลังงานน้ำมาใช้เพื่อขับเคลื่อนเรือขึ้นและลงจากเขา โดยอาศัยรางรถไฟที่ลาดเอียง (Inclined Plane Railroad : Funicular) โดยตัวอย่างของการประยุกต์ใช้แบบนี้ อยู่ที่คลอง Tyrone ในไอร์แลนด์เหนือ อย่างไรก็ตามเนื่องจากการประยุกต์ใช้พลังงานน้ำในยุคแรกนั้นเป็นการส่งต่อพลังงานโดยตรง (Direct Mechanical Power Transmission) ทำให้การใช้พลังงานน้ำในยุคนั้นต้องอยู่ใกล้
แหล่งพลังงาน เช่น น้ำตก เป็นต้น ปัจจุบันนี้ พลังงานน้ำได้ถูกใช้เพื่อการผลิตไฟฟ้า ทำให้สามารถส่งต่อพลังงานไปใช้ในที่ที่ห่างจากแหล่งน้ำได้(British Petroleum. 2004. On-line)
พลังงานน้ำเกิดจากพลังงานแสงอาทิตย์ ที่ให้ความร้อนแก่น้ำและทำให้น้ำกลายเป็นไอน้ำลอยตัวสูงขึ้น มวลน้ำที่อยู่สูงขึ้นจากจุดเดิม (พลังงานศักย์) เมื่อมวลไอน้ำกระทบความเย็นก็จะเปลี่ยนเป็นของเหลวอีกครั้ง และตกลงมาเนื่องจากเนื่องจากแรงดึงดูดของโลก (พลังงานจลน์) การนำเอาพลังงานน้ำมาใช้ประโยชน์ทำได้โดยการเปลี่ยนพลังงานจลน์ของน้ำที่ไหลจากที่สูงลงสู่ที่ต่ำให้เป็นกระแสไฟฟ้า อุปกรณ์ที่ใช้ในการเปลี่ยนนี้คือ กังหันน้ำ (Turbines) น้ำที่มีความเร็วสูงจะผ่านเข้าท่อแล้วถ่ายทอดพลังงานจลน์เข้าสู่กังหันน้ำ ซึ่งจะไปหมุนขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอีกทอดหนึ่ง ในปัจจุบันพลังงานที่ได้จากแหล่งน้ำที่รู้จักกันโดยทั่วไปคือ พลังงานน้ำตก พลังงานน้ำขึ้นน้ำลง พลังงานคลื่น (British Petroleum. 2004.)
2.3 ประเภทของพลังงานน้ำ
มนุษย์ใช้พลังงานจากน้ำจากแหล่งต่างๆ ในรูปแบบที่แตกต่างกัน แต่มีวัตถุประสงค์หลักเหมือนกันคือการผลิตไฟฟ้า ดังนั้นการแบ่งประเภทของพลังงานน้ำในที่นี้จะแบ่งตามลักษณะและรูปแบบการเกิดพลังงานจากน้ำ ซึ่งสามารถแบ่งได้เป็น 3 ประเภทดังนี้
2.3.1 พลังงานน้ำตกหรือพลังงานน้ำจากเขื่อน
ไม่มีใครทราบแน่ชัดว่า การประดิษฐ์วงล้อน้ำ (water wheel) เพื่อนำเอาพลังงานจากน้ำมาใช้ประโยชน์นั้นเกิดขึ้นครั้งแรกตั้งแต่เมื่อใด แต่การใช้พลังงานน้ำสำหรับการทดน้ำหรือการชลประทานมีมานานกว่า 5,000 ปีแล้ว และวิวัฒนาการต่อมาของการใช้พลังงานน้ำคือการนำพลังงานน้ำมาเปลี่ยนรูปเป็นพลังงานกลเพื่อใช้ในการโม่แป้งและสูบน้ำ แต่ในปัจจุบันถูกใช้สำหรับการผลิตกระแสไฟฟ้า (Boyle. 1996)
พลังงานที่ได้รับจากน้ำตกหรือพลังงานน้ำจากเขื่อน (hydro energy)เป็นพลังงานที่เกิดจากการเปลี่ยนพลังงานศักย์ของน้ำซึ่งอยู่ในแหล่งที่อยู่สูงกว่าระดับอ้างอิงให้กลายเป็นพลังงานจลน์ ในรูปแบบของน้ำที่ตกจากที่สูงลงสู่ที่ต่ำตามธรรมชาติด้วยแรงโน้มถ่วงของโลก โดยถ้าเป็นการไหลตกลงมาของน้ำจากแหล่งธรรมชาติจะเรียกว่าเป็นพลังงานน้ำตก และถ้าเป็นน้ำที่ตกลงมาจากแหล่งที่มนุษย์สร้างขึ้นหรือดัดแปลงสภาพธรรมชาติ เพื่อกักเก็บน้ำในลักษณะของเขื่อนเรียกว่า เป็นพลังงานน้ำจากเขื่อน เช่น น้ำตกที่เกิดจากการสร้างเขื่อนกั้นน้ำ น้ำตกจากทะเลสาบบนเทือกเขา ลงสู่หุบเขา กระแสน้ำในแม่น้ำที่ไหลตกหน้าผา เป็นต้น การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานน้ำอาศัยการเปลี่ยนรูปของพลังงานจลน์จากการไหลเชี่ยวของน้ำในแม่น้ำ หรือการตกจากที่สูงของน้ำตกไปเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยผ่านกังหันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า พลังงานน้ำที่ได้จะขึ้นอยู่กับความสูงของน้ำและอัตราการไหลของน้ำที่ถูกปล่อยออกมา ดังนั้นการผลิตพลังงานไฟฟ้าจากพลังงานน้ำจึงจำเป็น ต้องเลือกบริเวณที่เหมาะสม ทำให้การลงทุนสร้างเขื่อนต้องใช้งบประมาณค่อนข้างมาก แต่อย่างไรก็ตามผลจากการสำรวจ พบว่าทั่วโลกยังใช้พลังงานจากน้ำมาผลิตกระแสไฟฟ้ามากกว่าการใช้แหล่งพลังงานทดแทนจากประเภทอื่น (British Petroleum.2004)
จากการสำรวจพบว่าทั่วโลกมีการใช้พลังงานจากน้ำเพื่อเป็นแหล่งพลังงานในการผลิตกระแสไฟฟ้าเมื่อปี ค.ศ. 2002 รวมกำลังการผลิตประมาณ 740 จิกะวัตต์ ซึ่งข้อมูลนี้อาจมีความคลาดเคลื่อนไปบ้างเล็กน้อย เพราะมีการกระจายของระบบผลิตกระแสไฟฟ้าจากพลังงานน้ำขนาดเล็กไปตามแหล่งต่างๆ หรือเป็นของเอกชน จึงอาจทำให้ขาดข้อมูลในส่วนนี้ไป (Boyle. 2004) อย่างไรก็ตามพลังงานไฟฟ้าที่ใช้กันอยู่ทั่วโลกซึ่งได้จากการผลิตจากพลังงานน้ำ คิดเป็นประมาณร้อยละ 25 เท่านั้น ซึ่งถือว่ายังค่อนข้างน้อยเมื่อเทียบกับปริมาณการบริโภคพลังงานไฟฟ้าทั่วโลก โดยจากข้อมูลเมื่อปี ค.ศ. 2003 พบว่า 5 ประเทศอันดับแรก ที่มีการใช้ไฟฟ้าจากพลังงานน้ำมากที่สุดของโลกได้แก่ บราซิลร้อยละ 11.6 แคนาดาร้อยละ 11.5 จีนร้อยละ 10.8 สหรัฐอเมริการ้อยละ 10.2 และรัสเซียร้อยละ 6.0 (British Petroleum. 2004. )
นอกจากนี้ยังมีการใช้พลังงานน้ำอีกรูปแบบหนึ่ง โดยอาศัยพลังงานจลน์ของกระแสน้ำที่ไหลเชี่ยว เนื่องจากกระแสน้ำที่มีความเร็วมากพลังงานที่ได้จะมากตามไปด้วย พลังงานจากกระแส น้ำนี้สามารถนำมาใช้ผลิตไฟฟ้า ในปัจจุบันแหล่งน้ำที่มีลักษณะอย่างนี้มีไม่มากเพราะแหล่งน้ำที่มีลักษณะนี้ค่อนข้างหายากที่มีอยู่เช่น ที่แม่น้ำฟลอริดาในสหรัฐอเมริกา มีการติดตั้งกังหันน้ำจำนวน 200 ตัว เพื่อดักทางไหลของน้ำ ทำให้สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ประมาณ 1,000 เมกะวัตต์ (British Petroleum. 2004.)
2.4 พลังงานน้ำขึ้นน้ำลง
การขึ้นลงของน้ำเป็นธรรมชาติที่เกิดขึ้นทุกวันตลอดเวลา เป็นธรรมชาติที่มนุษย์สามารถทำนายได้ค่อนข้างแม่นยำทั้งในมิติของเวลาและศักยภาพของพลังงานที่พึงได้ การขึ้นลงของน้ำเกิดจากอิทธิพลของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์จากการเคลื่อนที่ของโลก และดวงจันทร์ส่วนดวงอาทิตย์มีผลเพียงเล็กน้อยเท่านั้น (Shepherd & Shepherd. 1998) รูปแบบของการประยุกต์ใช้พลังงานจากการขึ้นลงของน้ำ ดังแสดงในภาพที่ 2.2
ภาพที่ 2.2 แสดงลักษณะการใช้พลังงานน้ำขึ้นน้ำลง
ที่มา: (Shepherd & Shepherd. 1998)
ภาพที่ 2.3 แสดงการหาค่าพลังงานน้ำขึ้นน้ำลง
ที่มา: (Shepherd & Shepherd. 1998)
การหาค่าพลังงานจากน้ำขึ้นน้ำลงสามารถหาได้ดังนี้ จากภาพที่ 2.3 ถ้าให้ R เป็นความแตกต่างระหว่างระดับความสูงของน้ำในแอ่งทั้งสองและ A เป็นพื้นที่ผิวหน้าของแอ่งน้ำ จะได้ว่า
ปริมาตรของน้ำที่ขึ้นลง ?=AR (2-1)
ถ้าน้ำมีความหนาแน่นเป็น ? จะได้ว่า
มวลของน้ำที่ขึ้น =AR? (2-2)
นั่นคือแรงที่เกิดจากการถ่ายเทน้ำจากแอ่งหนึ่งไปสู่อีกแอ่งหนึ่ง (F ) มีค่าเป็น
F=AR?g (2-3)
พลังงานที่เกิดขึ้นสามารถหาค่าได้จากงานในการถ่ายเทน้ำ
?=?R?g R/2=1/2 ?gAR^2 (2-4)
สำหรับหลักการทั่วไปในการเปลี่ยนพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงให้เป็นพลังงานไฟฟ้า โดยอาศัยความแตกต่างระหว่างระดับความสูงของน้ำในแหล่ง 2 แหล่งที่เชื่อมต่อกัน โดยแหล่งหนึ่งจะมีลักษณะเหมือนเป็นอ่างเก็บน้ำ ดังนั้นในขณะที่น้ำขึ้นน้ำจะไหลเข้าไปสู่อ่างเก็บน้ำนี้และเมื่อน้ำลงน้ำจะไหลออกจากอ่างเก็บน้ำนี้ การไหลเข้าและไหลออกของน้ำจากอ่างเก็บน้ำจะถูกบังคับให้ไหลผ่านกังหันน้ำที่ต่อเชื่อมกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เมื่อกังหันน้ำได้รับแรงดันจากน้ำจะเกิดการหมุนและทำให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าผลิตไฟฟ้าออกมาได้ ซึ่งมีหลักการคล้ายกับการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานไฟฟ้าจากพลังงานน้ำตก แต่ที่แตกต่างกันคือลักษณะการเคลื่อนที่ของน้ำ อย่างไรก็ตามพลังงานที่ได้จากการขึ้นลงของน้ำนี้ จะไม่ค่อยสม่ำเสมอและมีการเปลี่ยนแปลงค่อนข้างมากในช่วงการขึ้นลงของน้ำ ดังนั้นการออกแบบระบบเพื่อให้สามารถควบคุมอัตราการไหลเข้าออกในอ่างเก็บน้ำจึงต้องมีการออกแบบให้เหมาะสมซึ่งจะช่วยทำให้ได้พลังงานจากพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงสม่ำเสมอดีขึ้น (Shepherd & Shepherd. 1998)
แนวความคิดในการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงเกิดขึ้นมานานกว่าร้อยปีแล้ว แต่ด้วยเหตุผลหลายประการที่ทำให้ไม่สามารถดำเนินการได้ จนกระทั่งในช่วงระหว่างปี 1961-1967 โรงไฟฟ้าพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงที่ปากน้ำของแม่น้ำลารองซ์ (La Rance) ประเทศฝรั่งเศส ถูกสร้างขึ้นเป็นแห่งแรกโดยมี |
| วิธีการดำเนินการวิจัย และสถานที่ทำการทดลอง/เก็บข้อมูล : | บทที่ 3
วิธีการดำเนินการวิจัย
งานวิจัยนี้ ได้ทำการวิเคราะห์ข้อมูลที่ได้จากการทดสอบ เริ่มจากหาพื้นที่รับแรงของใบกังหัน หาแรงต้านที่ได้จากใบกังหัน หาแรงบิดของใบกังหัน หาความเร็วของใบกังหัน กำลังที่ได้รับจากน้ำขาเข้าใบกังหัน และกำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้ รวมถึงหาประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าจากกังหันน้ำแกนตั้ง
3.1 รูปแบบวิจัย
การศึกษาการออกแบบผลิตไฟฟ้าด้วยพลังงานน้ำไหลแบบกังหันแกนตั้งใช้รูปแบบการวิจัยหลายรูปแบบแสดงดังภาพที่ 3.1
ภาพที่ 3.1 แผนภูมิแสดงขั้นตอนการดำเนินการวิจัย
3.2 การคำนวณการออกแบบเครื่องต้นแบบการผลิตไฟฟ้าด้วยพลังงานน้ำไหลแบบกังหันแกนตั้ง
3.2.1 การคำนวณ
จากการศึกษาข้อมูลเบื้องต้นโดยระเอียดและนำมาเป็นแนวทางในการดำเนินการคำนวณทางวิศวกรรมในส่วนต่างๆที่เกี่ยวข้องดังนี้
พื้นที่รับแรงของใบกังหัน (A)
กำหนดเงื่อนไขในการออกแบบกังหันดังนี้ รัศมีใบกังหันใบขนาดที่ 1 ยาว 20 เซนติเมตร และรัศมีใบกังหันขนาดที่ 2 ยาว 30 เซนติเมตร และรัศมีใบกังหันขนาดที่ 3 ยาว 40 เซนติเมตร โดยแต่ละขนาดมีความสูงเท่ากับ 30 เซนติเมตร
พื้นที่รับแรงใบกังหันเท่ากับ A = b ? h
ดังนั้นพื้นที่รับแรงของกังหันใบที่ 1 ใบที่ 2 และ ใบที่ 3 เท่ากับ 0.06 ตารางเมตร, 0.09 ตารางเมตร และ 0.12 ตารางเมตร ตามลำดับ
แรงต้านจากใบกังหัน (F)
F = 1/2 C_D ?V^2 A
เมื่อ CD คือ สัมประสิทธิ์แรงต้านการไหล
F คือ แรงต้านของใบกังหัน (นิวตัน)
? คือ ความหนาแน่นของน้ำ (กิโลกรัม/ลูกบากศ์เมตร)
A คือ พื้นที่รับแรงของใบกังหัน (ตารางเมตร)
V คือ ความเร็วของกระแสน้ำ (เมตร/วินาที)
ในงานวิจัยนี้ได้คำนวณหาแรงต้านของใบกังหันน้ำชนิดแกนตั้ง ขนาด 30 เซนติเมตร x 20 เซนติเมตร ขนาด 30 เซนติเมตร x 30 เซนติเมตร และขนาด 30 เซนติเมตร x 40 เซนติเมตร และใช้ค่าสัมประสิทธิ์แรงต้านการไหลสำหรับใบกังหันแกนตั้งชนิด C-section (open side facing flow) มีค่าเท่ากับ 2.30
แรงบิดของใบกังหันน้ำชนิดแกนตั้งโดยเฉลี่ย (T)
การหาแรงบิดของใบกังหันน้ำชนิดแกนตั้งสามารถคำนวณได้จากสมการ
T = FR
เมื่อ T คือ แรงบิดของใบกังหันน้ำชนิดแกนตั้ง (นิวตัน-เมตร)
F คือ แรงต้านของใบกังหัน (นิวตัน)
R คือ รัศมีของใบกังหัน (เมตร)
ความเร็วรอบของใบกังหันน้ำชนิดแกนตั้ง (นิวตัน)
การหาความเร็วรอบของใบกังหันน้ำชนิดแกนตั้งสามารถคำนวณได้จากสมการ
N = (60xV)/2?R
เมื่อ N คือ ความเร็วรอบของใบกังหันน้ำชนิดแกนตั้ง (รอบ)
V คือ ความเร็วของกระแสน้ำ เมตร/วินาที)
R คือ รัศมีของใบกังหัน (เมตร)
กำลังที่ได้รับจากน้ำขาเข้าใบกังหัน (Pin)
การวิเคราะห์กำลังที่ได้จากน้ำขาเข้าใบกังหันน้ำชนิดแกนตั้ง จากใบขนาด 30 เซนติเมตร x 20 เซนติเมตร ขนาด 30 เซนติเมตร x 30 เซนติเมตร และขนาด 30 เซนติเมตร x 40 เซนติเมตรสามารถคำนวณได้จากสมการ
Pin = (2?TN )/60
เมื่อ Pin คือ กำลังที่ได้รับจากน้ำขาเข้า (วัตต์)
T คือ แรงบิดของใบกังหันน้ำชนิดแกนตั้ง (นิวตัน-เมตร)
N คือ ความเร็วรอบของใบกังหันน้ำชนิดแกนตั้ง (รอบ)
กำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้ (POUT)
การวิเคราะห์กำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้ จากใบขนาด 30 เซนติเมตร x 20 เซนติเมตร ขนาด 30 เซนติเมตร x 30 เซนติเมตร และขนาด 30 เซนติเมตร x 40 เซนติเมตร สามารถคำนวณได้จากสมการ
POUT = VI
เมื่อ POUT คือ กำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้ (วัตต์)
V คือ แรงดันไฟฟ้า (โวลต์)
I คือ กระแสไฟฟ้า (แอมแปร์)
ประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้า (?)
การวิเคราะห์กำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้ จากใบขนาด 30 เซนติเมตร x 20 เซนติเมตร ขนาด 30 เซนติเมตร x 30 เซนติเมตร และขนาด 30 เซนติเมตร x 40 เซนติเมตร สามารถคำนวณได้จากสมการ
? = (Pout / Pin) x100
เมื่อ POUT คือ กำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้ (วัตต์)
Pin คือ กำลังที่ได้รับจากน้ำขาเข้า (วัตต์)
ออกแบบขนาดทุ่นลอยน้ำ (V)
โครงสร้างของกังหันน้ำชนิดแกนตั้งสำหรับการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานน้ำไหลมีน้ำหนักประมาณ 350 กิโลกรัม
V = (W x g) / (? x g)
V = (350 x 9.81) / (1000 x 9.81)
= 0.35 ลูกบาศก์เมตร
ถ้าใช้ถังน้ำ 100 ลิตร เป็นทุ่นลอยน้ำจะมีความจุ 100 ลิตร หรือ 0.1 ตารางเมตร ดังนั้นจะต้องใช้ถังน้ำมัน 100 ลิตร จำนวน 0.35 / 0.1 = 3.5 ถัง ดังนั้นในงานวิจัยนี้จึงเลือกใช้ถังน้ำขนาดความจุ 100 ลิตร จำนวน 4 ถัง เป็นทุ่นลอย เพื่อความสมดุลทั้ง 2 ด้าน
3.3 การออกแบบเครื่องต้นแบบการผลิตไฟฟ้าด้วยพลังงานน้ำไหลแบบกังหันแกนตั้ง
ภาพที่ 3.2 แสดงแบบเครื่องผลิตไฟฟ้าพลังงานน้ำไหลแบบกังหันแกนตั้ง
หลักการทำงานของเครื่องผลิตไฟฟ้าพลังงานน้ำไหลแบบกังหันแกนตั้งในงานวิจัยนี้ ได้ออกแบบแผ่นเหล็กบางสำหรับบังคับทางน้ำไหลให้เข้าไปที่ใบกังหันโดยตรงเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการหมุนของใบกังหัน ให้สามารถหมุนได้ความเร็วรอบและมีแรงทางกลเพิ่มสูงขึ้น โดยส่งต่อไปที่ชุดทดรอบเพื่อทำการผลิตไฟฟ้าในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้อาศัยหลักการ เมื่อมีขดลวดตัวนำตัดผ่านสนามแม่เหล็กจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าที่ขดลวดตัวนำ
ในงานวิจัยนี้ได้ออกแบบและสร้างเครื่องผลิตไฟฟ้าพลังงานน้ำไหลชนิดแกนตั้ง โดยใช้เหล็กกล่องขนาด 1.5 นิ้ว เชื่อมต่อขึ้นเป็นโครงสร้าง รายละเอียดดังรูปที่ 2 เพื่อรองรับถังน้ำเพื่อทำเป็นทุ่นลอยน้ำ ขนาด 100 ลิตร รายละเอียดดังรูปที่ 3 มีความสูงของถังขนาด 1.2 เมตร ข้างละ 2 ถัง รวมเป็นจำนวน 4 ถัง รวมถึงออกแบบใบกังหันสำหรับรับน้ำเพื่อผลิตไฟฟ้า 3 ขนาด ประกอบด้วย ใบกังหันขนาด 20 เซนติเมตร ยาว 30 เซนติเมตร จำนวน 12 ใบ, ขนาด 30 เซนติเมตร ยาว 30 เซนติเมตร จำนวน 12 ใบ และขนาด 40 เซนติเมตร ยาว 30 เซนติเมตร จำนวน 12 ใบ ซึ่งแต่ละชุดจะประกอบไปด้วยใบกังหันจำนวน 12 ใบ ทำจากแผ่นเหล็กบาง ทำการตัดและดัดเชื่อมขึ้นรูป ประกอบเป็นใบกังหันทั้ง 3 ขนาด เมื่อประกอบใบกังหันพร้อมติดตั้งเพลาไว้ที่กลางตัวกังหัน ดังรูปที่ 4 และทำการติดตั้งชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า รายละเอียดดังรูปที่ 5 และติดตั้งชุดทดรอบ ดังรูปที่ 6 รวมถึงติดตั้งอุปกรณ์สำหรับการวัดค่าพลังงานไฟฟ้าเพื่อทำการทดสอบเปรียบเทียบประสิทธิภาพขนาดใบกังหันที่เหมาะสมในการผลิตไฟฟ้า
ภาพที่ 3.3 โครงสร้างเครื่องผลิตไฟฟ้าพลังงานน้ำไหลแบบกังหันแกนตั้ง
ภาพที่ 3.4 ถังน้ำสำหรับใช้ทำทุ่นลอยน้ำ
ภาพที่ 3.5 ลักษณะใบกังหันที่ออกแบบและสร้างในการวิจัย
ภาพที่ 3.6 ส่วนประกอบและลักษณะการติดตั้งของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในการวิจัย
ภาพที่ 3.7 ส่วนประกอบของชุดทดรอบ
ภาพที่ 3.8 ส่วนประกอบของเครื่องผลิตไฟฟ้าพลังงานน้ำไหลแบบแกนตั้ง
3.4 วิธีการทดลองเครื่องต้นแบบผลิตไฟฟ้าด้วยพลังงานน้ำไหลแบบกังหันแกนตั้ง
การดำเนินการทดลองเครื่องผลิตไฟฟ้าด้วยพลังงานน้ำไหลแบบกังหันแกนตั้ง เพื่อปรับปรุงเครื่องต้นแบบการผลิตไฟฟ้าด้วยพลังงานน้ำไหลแบบแกนตั้งสำหรับชุมชนริมฝั่งแม่น้ำเจ้าพระยาจังหวัดนครสวรรค์ คณะผู้วิจัยจึงได้แยกการทดลองดังนี้
3.4.1 การทดลองการผลิตไฟฟ้าจะเป็นการทดลองอัตราการผลิตไฟฟ้าต่อชั่วโมงจากใบกังหัน ทั้ง 3 ขนาดคือ
20 เซนติเมตร
30 เซนติเมตร
40 เซนติเมตร
นำข้อมูลที่ได้จากการทดลองนี้ไปหาประสิทธิภาพของเครื่องต้นแบบการผลิตไฟฟ้าด้วยพลังงานน้ำไหลแบบแกนตั้งสำหรับชุมชนริมฝั่งแม่น้ำเจ้าพระยาจังหวัดนครสวรรค์
3.4.2 การทดลองเครื่องต้นแบบการผลิตไฟฟ้าด้วยพลังงานน้ำไหลแบบกังหันแกนตั้ง
ใช้ใบกังหัน 3 ขนาด ทำการทดสอบขนาดละ 3 วัน ตั้งแต่เวลา 8:00 – 16:00 น.
วัดความเร็วน้ำ , วัดกระแสไฟฟ้า , วัดแรงดันไฟฟ้า
ทำการทดลอง
จดบันทึกทุกๆ 20 นาที
3.4.3 ทดลองเครื่องผลิตไฟฟ้าด้วยพลังงานน้ำไหลแบบกังหันแกนตั้ง ใบกังหัน ขนาด 20 เซนติเมตร
วัดความเร็วน้ำ, วัดกระแสไฟฟ้า, วัดแรงดันไฟฟ้า
ทำการทดลอง 2 วัน
จำบันทึกทุกๆ 20 นาที
3.4.4 ทดลองเครื่องผลิตไฟฟ้าด้วยพลังงานน้ำไหลแบบกังหันแกนตั้ง ใบกังหัน ขนาด 30 เซนติเมตร
วัดความเร็วน้ำ, วัดกระแสไฟฟ้า, วัดแรงดันไฟฟ้า
จดบันทึกทุกๆ 20 นาที
ทำการทดลอง 2 วัน
3.4.5 ทดลองเครื่องผลิตไฟฟ้าด้วยพลังงานน้ำไหลแบบกังหันแกนตั้ง ใบกังหัน ขนาด 40 เซนติเมตร
วัดความเร็วน้ำ, วัดกระแสไฟฟ้า, วัดแรงดันไฟฟ้า
ทำการทดลอง 2 วัน
จดบันทึกทุกๆ 20 นาที
3.5 การวิเคราะห์ข้อมูล
นำผลที่ได้จากการทดลองมาคำนวณและแสดงผลโดยการทำตารางและกราฟ เพื่อเปรียบเทียบผลที่ได้ และทำการวิเคราะห์ผลการท |
| คำอธิบายโครงการวิจัย (อย่างย่อ) : | - |
| จำนวนเข้าชมโครงการ : | 2647 ครั้ง |