자연의 바람을 이용한 풍력발전 원리 및 종류

풍력 발전은 바람이 가진 운동에너지를 변환하여 전기 에너지를 생산하는 발전시스템입니다. 육상에 설치된 풍력발전기를 육상풍력발전기, 해상에 설치된 풍력발전기를 해상풍력발전기라 분류하며 해상풍력발전기는 설치 형식에 따라 고정식과 부유식으로 분류됩니다.

 

 

 

 

1. 풍력발전의 원리

블레이드가 바람을 받아 회전할 때 회전 운동 에너지가 만들어 집니다. 증속기는 기어를 이용해 초기의 저속 회전을 발전용 고속 회전으로 전환하여 회전 운동 에너지를 증폭시키고, 증폭된 회전 운동 에너지는 발전기를 거쳐 전기에너지로 변환됩니다. 이렇게 변환된 전기에너지는 변전소를 거쳐 소비자에게 공급됩니다.

 

2. 풍력발전의 종류

(1) 수평축 발전기

수평축 풍력발전기는 1개에서 4개까지의 날개를 가진 다양한 종류가 있지만, 현재 발전용으로 가장 많이 이용되고 있는 것은 3개의 날개를 가진 프로펠러 형이다. 수평축 발전기는 구조가 간단하고 설치가 용이하며 에너지 변환효율이 우수하다는 장점은 있지만, 날개 전면을 바람 방향에 맞추기 위해서는 나셀을 360도 회전시켜줄 수 있는 요잉(Yawing)장치가 필요하며, 증속기(Gear box)와 발전기 등을 포함하는 무거운 나셀(Nacelle)이 타워 상부에 설치되어 점검, 정비가 어렵다는 단점이 있다.

 

(2) 수평축발전기 종류

1) 프로펠라형 : 날개의 형태가 비행기 날개와 유사하며, 풍력발전기용으로 사용

2) 세일윙형 : 날개의 형태가 삼각형이며 지중해 지방에서 제분 및 배수에 사용

3) 네덜란드형 : 유럽에서 14세기초부터 19세기 말까지 제분 및 배수에 사용

4) 퍼들형 : 단순한 컵형 또는 풍배형 형태이며, 로빈슨 풍속계 이용

5) 다익형 : 19세기부터 현재까지 미국 농장에서 양수용 풍차로 사용

 

(3) 수직축발전기

수직축 풍력발전기는 원호형 날개 2-3개를 수직축에 붙인 다리우스형(Darrieus)과 2-4개의 수직 대칭익형 날개를 붙인 자이로밀형(Gyromill type), 그리고 반원통형의 날개를 마주보게한 사보니우스형(Savonius type)이 있다. 수직축 풍력발전기는 바람의 방향에 영향을 받지 않아 요잉장치가 필요 없으며, 사막이나 평원에는 적합하지만 소재가 비싸고 수평축에 비해 효율이 떨어지는 단점이 있다.

 

(4) 수직축발전기 종류

1) 다리우스형 : 일정한 단면형상의 원호형상 날개가 수직축으로서 특이한 구조

2) 자이로밀형 : 수직으로 붙여진 대칭형 브레이드가 풍향에 대해 자동적으로 최 적의 반각(영각)을 얻는 구조

3) 사보니우스형 : 핀란드 S.J. 사보니우스에 의해 고안된 풍차로써 반원통의 날개를 마주보게 하여 구동하는 구조

4) 퍼들형 : 단순한 컵형 또는 풍배형 형태이며, 로빈슨 풍속계 이용

5) 크로스플로우형 : 다수의 길고 가느다란 곡면판 브레이드가 상하 원판의 구조로서 공동용 형태, 저낙차 소수력발전의 뱅크 터빈과 유사하다.

 

 

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3. 풍력발전의 터빈구성

(1) Blade(블레이드) : 바람의 운동에너지를 회전운동에너지로 변환하는 설비 - 날개

(2) Shaft(축) : 블레이드의 회전력을 증속기와 발전기에 전달하는 설비 - 블레이드 및 회전축

(3) Gear Box(증속기) : 주축의 저속회전을 발전용 고속회전으로 전환하는 설비

(4) Generator(발전기) : 증속기로부터 전달받은 회전력을 전기에너지로 변환하는 설비

(4) Nacelle(나셀) : 터빈 내부 구성품을 수용하기 위한 설비

(5) Yaw Drive, Motor(요잉 시스템) : 블레이드를 바람의 방향에 맞추기 위해 나셀을 회전시키는 설비

(6) Pitch(피치 시스템) : 풍속에 따라 블레이드 각도를 조절하는 설비

(7) Brake(브레이크) : 터빈의 제동을 위한 설비

(8) Controller(컨트롤러) : 무인 운전을 설정하고, 운영하기 위한 설비

(9) Tower(타워) : 풍력발전기 터빈을 지지해주는 구조물

 

한국에너지공단 신재생에너지센터

 

오늘은  자연의 바람을 이용한 풍력발전 원리 및 종류에 대해 알아 보았습니다. 오늘도 포스팅이 도움이 되셨다면 공감 부탁드립니다. 감사합니다.