แม่น้ำใดบ้างที่เหมาะสมสำหรับติดตั้งกังหันน้ำ? จะเลือกอย่างไร?

หากมีลำน้ำหรือแม่น้ำที่ไหลตลอดปีอยู่ใกล้บ้าน สถานที่นั้นอาจเป็นแหล่งผลิตไฟฟ้าสำหรับใช้ในครัวเรือนได้ ข้อได้เปรียบที่ใหญ่ที่สุดของพลังงานน้ำเมื่อเทียบกับพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมคือความเสถียร: ตราบใดที่มีน้ำไหล ก็สามารถผลิตไฟฟ้าได้ตลอดวัน โดยไม่ขึ้นกับระยะเวลาที่มีแสงแดดหรือสภาพอากาศ หนึ่งครั้งของการลงทุนสามารถให้ผลตอบแทนได้นานหลายปี

อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ทุกสายธารหรือแม่น้ำที่เหมาะสมสำหรับติดตั้งกังหันน้ำ ว่าจะติดตั้งกังหันน้ำได้หรือไม่ ขนาดที่เหมาะสมคือเท่าใด และควรเลือกแบบใดนั้น ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์พื้นฐานสองประการเป็นหลัก

สองปัจจัยที่กำหนดกำลังการผลิตไฟฟ้า

ไม่ว่าจะเป็นยี่ห้อหรือรุ่นใด กำลังการผลิตไฟฟ้าของกังหันน้ำโดยทั่วไปขึ้นอยู่กับเพียงสองพารามิเตอร์เท่านั้น

ความสูงของแนวระดับ (Head): ระยะทางแนวตั้งจากจุดรับน้ำถึงจุดติดตั้งกังหันน้ำ วัดเป็นเมตร (ม.) ยิ่งระยะทางแนวตั้งมากเท่าไร แรงดันน้ำก็ยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

การไหล: ปริมาตรของน้ำที่ผ่านเข้าไปในช่วงเวลาหนึ่งหน่วย วัดเป็นลูกบาศก์เมตรต่อวินาที (ม.³/วินาที) หรือลิตรต่อวินาที (ลิตร/วินาที) 1 ลูกบาศก์เมตรต่อวินาที เท่ากับ 1000 ลิตรต่อวินาที

สามารถประมาณค่ากำลังไฟฟ้าขาออกได้โดยใช้สูตรอย่างง่ายต่อไปนี้:

กำลังไฟฟ้า (กิโลวัตต์) ≈ 9.8 × ความสูงของระดับน้ำ (เมตร) × อัตราการไหล (ม.³/วินาที) × ประสิทธิภาพ

โดยทั่วไปแล้ว ประสิทธิภาพจะตั้งไว้ที่ 0.6 ถึง 0.7 ซึ่งได้คำนึงถึงการสูญเสียพลังงานของ กังหันน้ำ ตัวเครื่องเอง และการสูญเสียจากแรงเสียดทานในท่อน้ำ

ตัวอย่างเช่น: หากความสูงของระดับน้ำคือ 20 เมตร และอัตราการไหลคือ 0.05 ลูกบาศก์เมตรต่อวินาที (50 ลิตรต่อวินาที) กำลังไฟฟ้าขาออกที่ประมาณได้คือ 9.8 × 20 × 0.05 × 0.65 ≈ 6.4 กิโลวัตต์ ซึ่งเพียงพอต่อความต้องการไฟฟ้าสำหรับการให้แสงสว่างภายในบ้าน ตู้เย็น โทรทัศน์ และปั๊มน้ำ

ตามสูตรข้างต้น หากความสูงของระดับน้ำหรืออัตราการไหลต่ำเกินไป กำลังไฟฟ้าขาออกจะลดลงอย่างรวดเร็ว สิ่งนี้จึงเป็นเหตุผลที่แม้ความเร็วของกระแสน้ำจะดูเร็วเพียงใด ก็อาจสร้างพลังงานได้เพียงไม่กี่ร้อยวัตต์เท่านั้น หลังจากการคำนวณ

กรณีการใช้งานจริงสามแบบ

วันนี้ เราขอแนะนำโซลูชันจริงที่เราได้ให้บริการลูกค้าเมื่อเร็วๆ นี้ เพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับท่านในการเลือกเทอร์บินน้ำ

1. มีน้ำเพียงพอ แต่ท่อระบายน้ำแคบ

ลูกค้าท่านหนึ่งติดต่อเราเพื่อสอบถามเกี่ยวกับเทอร์บินน้ำขนาด 5 กิโลวัตต์ โดยแจ้งว่าความสูงของน้ำ (water head) อยู่ที่ 30 เมตร อย่างไรก็ตาม เราจำเป็นต้องมีข้อมูลเชิงปริมาณจริง เช่น อัตราการไหลของน้ำ เพื่อจัดทำแนวทางแก้ไขให้ท่าน หลังจากสอบถามเพิ่มเติม พบว่าท่านได้ติดตั้งท่อระบายน้ำไว้แล้ว โดยใช้ท่อขนาด DN50 ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 50 มิลลิเมตร แต่อัตราการไหลที่วัดได้มีเพียง 3 ลิตรต่อวินาที

เราใช้สูตรคำนวณดังนี้: 9.8 × 30 × 0.003 × 0.65 และพบว่ากำลังไฟฟ้าที่ได้มีค่าประมาณ 500 วัตต์ ซึ่งคิดเป็นเพียงหนึ่งในสิบของกำลังที่ท่านต้องการ คือ 5 กิโลวัตต์

ปัจจัยที่จำกัดไม่ใช่ความสูงของน้ำ แต่เป็นเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ ยิ่งท่อมีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กเท่าไร ความเร็วของการไหลของน้ำก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น และการสูญเสียแรงดันเนื่องจากแรงเสียดทานตามความยาวของท่อก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ส่งผลให้แรงดันลดลงเมื่อน้ำถึงกังหันน้ำ จุดนี้มักถูกมองข้ามได้ง่าย เนื่องจากข้อมูลความสูงของน้ำที่ดูน่าประทับใจทำให้เกิดความเข้าใจผิดว่ากำลังไฟที่ผลิตได้รับประกันแล้ว

เราเสนอทางเลือกสองแบบให้เขาพิจารณา ตัวเลือกแรกคือติดตั้งท่อแรงดันที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ขึ้น และประเมินจุดรับน้ำใหม่เพื่อเพิ่มอัตราการไหล ซึ่งจะช่วยให้มั่นใจได้ว่ากำลังไฟที่ผลิตจะสอดคล้องกับความต้องการของลูกค้า อย่างไรก็ตาม ตัวเลือกนี้จำเป็นต้องถอดท่อที่ลูกค้าติดตั้งไว้แล้วออกทั้งหมด ทำให้งานก่อสร้างมีปริมาณมาก ตัวเลือกที่สองคือเลือกกังหันน้ำขนาดเล็กที่มีกำลังไฟตั้งแต่ 500 วัตต์ ถึง 1 กิโลวัตต์ โดยพิจารณาจากเงื่อนไขสถานที่จริงและท่อที่ติดตั้งไว้แล้ว

2. ความสูงของน้ำปานกลาง ชนิดของกังหันน้ำกำหนดผลลัพธ์สุดท้าย

คำถามจากลูกค้าอีกรายหนึ่งคือการใช้กังหันน้ำเพื่อจ่ายพลังงานให้กับที่อยู่อาศัยและบ่อเลี้ยงปลา โดยมีเป้าหมายด้านกำลังไฟฟ้าที่ 10–15 กิโลวัตต์ สามเฟส ความถี่ 50 เฮิร์ตซ์ และความสูงของน้ำ ณ สถานที่ติดตั้งคือ 15 เมตร

ลูกค้าสอบถามในเบื้องต้นเกี่ยวกับหน่วยกังหันน้ำแบบเอียง อย่างไรก็ตาม เมื่อเราเข้าใจเงื่อนไขการติดตั้งของลูกค้าแล้ว เราพบปัญหาหนึ่งคือ ที่ความสูงของน้ำ 15 เมตร กังหันน้ำแบบเอียงจะสามารถผลิตกำลังไฟฟ้าได้สูงสุดเพียง 5 กิโลวัตต์ เท่านั้น และจำเป็นต้องมีความสูงของน้ำอย่างน้อย 30 เมตร จึงจะสามารถผลิตกำลังไฟฟ้าได้ 10 กิโลวัตต์ ซึ่งสถานที่ติดตั้งของลูกค้าไม่สามารถตอบโจทย์ข้อกำหนดนี้ได้ จึงจำเป็นต้องเลือกใช้กังหันน้ำอีกชนิดหนึ่งแทน

The กังหันน้ำแบบผสมไหล (mixed-flow water turbine) เหมาะสมอย่างยิ่งกับความต้องการจริงของลูกค้า รุ่น 10 กิโลวัตต์สามารถใช้งานได้กับช่วงความสูงของน้ำ 10 ถึง 25 เมตร และขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อดูดที่แนะนำคือ 200 มิลลิเมตร ซึ่งสอดคล้องกับสภาพพื้นที่จริงของเขาอย่างแทบสมบูรณ์แบบ

ดังนั้น การเลือกเทอร์บินน้ำจึงไม่สามารถพิจารณาจากกำลังไฟฟ้าที่ระบุไว้เพียงอย่างเดียวได้ แต่ต้องตรวจสอบช่วงความสูงของระดับน้ำ (water head) ที่สอดคล้องกับกำลังไฟฟ้าที่ระบุไว้นั้นก่อน

3. ความสูงของระดับน้ำใกล้ศูนย์

ลูกค้ารายที่สามอธิบายถึงแม่น้ำขนาดเล็กที่ไหลผ่านที่ดินของเขา น้ำไหลช้าและมีความสูงต่างกันน้อยมาก เขาถามว่าสามารถติดตั้งเทอร์บินน้ำได้หรือไม่ ก่อนอื่นจำเป็นต้องทำความเข้าใจความหมายที่แท้จริงของคำว่า "ความสูงของระดับน้ำเป็นศูนย์" ให้ชัดเจนก่อน: นั่นหมายความว่าไม่มีความสูงของระดับน้ำเลยจริง ๆ หรือมีความสูงต่างกันเพียงไม่กี่เซนติเมตรซึ่งมองไม่เห็นได้ชัดเจน? เมื่อเดินตามลำน้ำจากต้นน้ำไปยังปลายน้ำ มักจะสังเกตเห็นความสูงต่างกันได้

หากผลการวัดแสดงว่าความสูงของน้ำตกต่ำกว่า 0.5 เมตร และอัตราการไหลต่ำกว่า 0.5 เมตรต่อวินาที เราโดยทั่วไปจะไม่แนะนำให้ติดตั้งกังหันน้ำ เนื่องจากการติดตั้งกังหันที่ไม่สามารถสร้างกำลังไฟฟ้าตามที่คาดหวังได้นั้นไม่เป็นประโยชน์ต่อทั้งสองฝ่าย ในกรณีนี้ มีทางออกที่เป็นไปได้สองประการ คือ สร้างเขื่อนกักน้ำขนาดเล็กเพื่อสร้างความสูงของน้ำตกขึ้นเอง ซึ่งจะช่วยสร้างเงื่อนไขของแรงดันน้ำที่จำเป็น อีกทางเลือกหนึ่งคือ ศึกษาสภาพแสงแดดในพื้นที่และพิจารณาเปลี่ยนไปใช้ระบบพลังงานแสงอาทิตย์

ขั้นตอนแรกในการประเมินว่าแม่น้ำแห่งหนึ่งเหมาะสมสำหรับการผลิตไฟฟ้าหรือไม่ คือการวัดแรงดันน้ำและอัตราการไหล หากท่านต้องการนำลำน้ำหรือแม่น้ำใกล้เคียงมาใช้ในการวางแผนผลิตไฟฟ้าจากพลังน้ำด้วย โปรดติดต่อเราได้ทุกเมื่อเพื่อรับโซลูชันที่ออกแบบเฉพาะสำหรับท่าน