How do wind turbines work? - Rebecca J. Barthelmie and Sara C. Pryor

Translator: Thirakan Som Reviewer: Sakunphat Jirawuthitanant

Every 24 hours, wind generates enough kinetic energy

ทุก ๆ 24 ชั่วโมง ลมจะสร้าง พลังงานจลน์ที่เพียงพอ

to produce roughly 35 times more electricity than humanity uses each day.

ต่อการผลิตไฟฟ้า ซึ่งมากกว่าที่มนุษย์ใช้งาน ในแต่ละวันถึง 35 เท่า

And unlike coal or oil, this resource is totally renewed each day.

แหล่งพลังงานนี้ต่างจากถ่านหินหรือน้ำมัน ตรงที่มันสร้างขึ้นใหม่ได้ทุกวัน

So how can we harness this incredible amount of energy,

แล้วเราจะใช้ประโยชน์จาก พลังงานปริมาณมหาศาลนี้ได้อย่างไร

and is it possible to create a world powered entirely by wind?

และเป็นไปได้ไหมที่จะสร้างโลก ที่ใช้แต่พลังงานลม

The basic principle of wind energy is simple.

หลักการพื้นฐานของพลังงานลม นั้นเรียบง่าย

A series of sails or blades mounted around a rotor catch the wind

ใบพายหรือใบพัดชุดหนึ่ง ที่ยึดอยู่รอบแกนหมุนเป็นตัวรับพลังงานลม

and translate its kinetic energy into rotational energy.

และแปลงพลังงานจลน์ ให้เป็นพลังงานการหมุน

Traditional windmills use that rotational energy to grind wheat or pump water.

กังหันลมแบบเก่าจะใช้พลังงานการหมุน เพื่อโม่ข้าวสาลีหรือสูบน้ำ

But in modern wind turbines, it turns a generator that creates electricity.

แต่กังหันลมสมัยใหม่จะใช้ปั่น เครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้า

This conversion from wind to rotational energy to electricity

การเปลี่ยนลมไปเป็นพลังงานการหมุน และไปเป็นกระแสไฟฟ้านี้

has defined wind turbines since their invention in the late 19th century.

เป็นสิ่งที่นิยามกังหันลมมาตั้งแต่ มันถูกคิดค้นขึ้นในปลายศตวรรษที่ 19

And there are three primary factors that determine just how much energy

มีปัจจัยหลัก 3 ข้อที่ใช้กำหนด ปริมาณพลังงาน

they can produce: the size and orientation of the blades,

ที่กังหันลมจะผลิตขึ้นได้ นั่นคือขนาดและทิศทางของใบพัด

the blade’s aerodynamic design, and the amount of wind turning the rotor.

การออกแบบกลศาสตร์ของใบพัด และปริมาณลมที่ทำให้แกนหมุนขยับ

First up, blade orientation.

ข้อแรก ทิศทางของใบพัด

Wind turbines can be designed with their rotor

กังหันลมสามารถออกแบบ ให้มีแกนหมุน

on a vertical axis or a horizontal axis.

เป็นแนวตั้งหรือแนวนอนก็ได้

Vertical blades can pick up wind coming from any direction,

แกนแนวตั้งจะสามารถรับกระแสลม ที่มาจากทุกทิศทาง

but with much less efficiency than horizontal axis rotors.

แต่มีประสิทธิภาพน้อยกว่า แกนหมุนแบบแนวนอนมาก

Horizontal designs allow blades to capture the wind’s full force

แกนแบบแนวนอนจะทำให้ใบพัด รับพลังงานลมได้เต็มที่

by tracking the wind’s direction and turning to face it.

โดยจะหมุนและหันหน้า ไปตามทิศทางที่ลมพัด

This turning process is called yawing,

กระบวนการหันตามเช่นนี้เรียกว่า การหมุนรับทิศทางลม

and older windmills achieved it through manual monitoring.

ซึ่งกังหันรุ่นเก่าจะต้องใช้ แรงงานคนในการหมุนตาม

Today, wind sensors and computer systems automatically adjust the blades

ทุกวันนี้ เซ็นเซอร์ลมและระบบคอมพิวเตอร์ จะปรับใบพัดโดยอัตโนมัติ

with expert precision to capture as much energy as possible.

ให้หมุนไปอย่างแม่นยำ เพื่อรับพลังงานลมให้ได้มากที่สุด

Outside rotor orientation,

นอกจากทิศทางของแกนหมุนแล้ว

the blades themselves need to be shaped to maximize efficiency.

ตัวใบพัดเองทำเป็นรูปทรง ที่สร้างประสิทธิภาพสูงสุดด้วย

While early designs used flat blades,

ขณะที่ใบพัดสมัยก่อนเป็นทรงแบน

modern blades are curved like airplane wings.

ใบพัดสมัยใหม่จะเป็นทรงโค้ง เหมือนกับปีกเครื่องบิน

Wind travels faster over the curved surface,

ลมจะเดินทางเร็วกว่า เหนือพื้นผิวทรงโค้ง

creating a low-pressure pocket above the blade that forces it upwards.

ทำให้เกิดช่องแรงกดอากาศต่ำเหนือใบพัด ที่ทำให้ใบพัดยกตัวขึ้น

Since the amount of lift depends on the angle

เนื่องจากปริมาณการยกตัว ขึ้นอยู่กับมุม

at which the wind is moving relative to the blade,

ที่ใบพัดปะทะกับลม

modern blades also incorporate a twist,

ใบพัดสมัยใหม่จึงปรับมุมให้เฉียง

optimizing how much of the blade can cut into the wind.

เพื่อให้ต้านลมน้อยที่สุด

Made of fiberglass and resin layers, these blades are strong enough

ใบพัดนี้ทำจากไฟเบอร์กลาส และชั้นเรซิน จึงมีความแข็งแรง

to operate through rain, lightning, and blistering sunlight for over 20 years.

ทนต่อฝนฟ้าและแสงอาทิตย์ ที่แผดเผาได้นานกว่า 20 ปี

Even with aerodynamic blades and a horizontal rotor,

แม้จะมีใบพัดกลศาสตร์ และแกนหมุนแนวนอน

a wind turbine can only capture wind if it's in a windy environment.

กังหันลมก็รับพลังงานลมได้ ต่อเมื่ออยู่ในสภาพแวดล้อมที่ลมพัดเท่านั้น

Wind speeds typically increase the higher into the atmosphere you travel.

โดยทั่วไปความเร็วลมจะเพิ่มสูงขึ้น ตามชั้นบรรยากาศที่คนเราเดินทาง

So today, most turbines are well over 100 meters tall,

ดังนั้นในปัจจุบัน กังหันส่วนใหญ่ จึงมีความสูงมากกว่า 100 เมตร

with equally large rotor diameters.

โดยแกนหมุนมีเส้นผ่าศูนย์กลาง ที่ใหญ่พอกัน

A turbine of this height and size can capture a huge amount of wind,

กังหันลมที่สูงและมีขนาดเท่านี้ จะรับลมได้เป็นปริมาณมาก

generating enough electricity every year to power 750 American homes.

ซึ่งทุกปีจะผลิตกระแสไฟฟ้าได้เพียงพอ สำหรับบ้านของชาวอเมริกัน 750 หลัง

A wind farm of 200 similarly sized turbines

ทุ่งที่มีกังหันลมขนาดเดียวกัน 200 ต้น

could power over 150,000 American homes— or twice as many European homes—

ให้พลังงานแก่บ้านชาวอเมริกันได้ 150,000 หลังหรือเป็นสองเท่าของบ้านชาวยุโรป

for an entire year.

ตลอดทั้งปี

Offshore wind farms contain an even greater number of even larger turbines.

ทุ่งกังหันลมนอกชายฝั่งจะยิ่งมี กังหันลมขนาดใหญ่กว่าในจำนวนมากกว่า

In 2019, the largest wind turbine ever built

ในปี 2019 เริ่มมีการใช้งาน กังหันลมที่ใหญ่ที่สุด

began operating off the coast of the Netherlands.

นอกชายฝั่งของเนเธอแลนด์

With a rotor diameter of 220 meters, just one of these turbines

ด้วยแกนหมุนที่มีเส้นผ่าศูนย์กลาง 220 เมตร กังหันเพียงอันเดียว

can meet the annual power needs of 16,000 European households.

ก็สามารถผลิตพลังงานที่จำเป็นต่อปี ให้บ้านชาวยุโรปถึง 16,000 ครัวเรือน

Despite its amazing potential, wind energy still faces challenges.

ถึงแม้พลังงานลมจะมีศักยภาพที่น่าทึ่ง แต่ก็ยังคงมีปัญหา

Wind may be a free and unlimited fuel,

ลมอาจเป็นเชื้อเพลิงที่ฟรีและไม่จำกัด

but no matter how large or efficient a turbine is

แต่ไม่ว่ากังหันจะใหญ่ หรือมีประสิทธิภาพแค่ไหน

there's a mathematical limit to how much wind it can convert into electricity.

ปริมาณลมที่แปลงเป็นกระแสไฟฟ้า ก็ยังมีข้อจำกัดทางคณิตศาสตร์

German physicist Albert Betz calculated

นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน อัลเบิร์ต เบ็ตซ์ ได้คำนวณไว้ว่า

that since some wind must remain to keep the blades spinning,

เนื่องจากต้องมีลมบางส่วน ที่คอยพัดให้ใบพัดหมุน

a turbine can only ever capture 59.3% of the wind’s energy.

กังหันจึงสามารถรับพลังงานจากลม ได้เพียง 59.3%

Additionally, some people feel turbines disrupt natural scenery,

นอกจากนั้น คนบางกลุ่มยังรู้สึกว่า กังหันลมทำลายทัศนียภาพ

and wind energy’s intermittent availability

และความไม่ต่อเนื่อง ของพลังงานลม

can make it difficult to integrate into electrical grids.

ทำให้ยากต่อการนำมาใช้ กับโครงข่ายไฟฟ้า

But even with these challenges, modern wind turbines have made wind energy

แต่แม้จะมีปัญหาเหล่านี้ กังหันลมสมัยใหม่ก็ยังทำให้พลังงานลม

the most efficient and inexpensive source of electricity.

เป็นแหล่งกระแสไฟฟ้าที่มี ประสิทธิภาพมากที่สุดและราคาไม่แพง

Wind turbines already provide essential energy for communities around the world.

กังหันลมให้พลังงานที่จำเป็น แก่ชุมชนต่าง ๆ ทั่วโลกแล้ว

And for many farmers, hosting a wind turbine

และสำหรับชาวนาจำนวนมาก การเป็นเจ้าของกังหันลม

can be a reliable source of additional income.

ก็ช่วยสร้างรายได้เสริม ที่เพียงพอต่อการดำรงชีพ

With continued improvements in wind forecasting,

เมื่อการพยากรณ์กระแสลม โครงสร้างพื้นฐานด้านโครงข่ายไฟฟ้า

electrical grid infrastructure and energy storage,

และการกักเก็บพลังงาน พัฒนาขึ้นอย่างต่อเนื่อง

wind power might blow away all our energy problems.

พลังงานลมก็อาจปัดเป่า ปัญหาด้านพลังงานของเราให้หมดไป