풍력 발전의 작동 방식 및 구성 요소

목차

풍력 발전이란?
풍력 발전의 작동 방식
풍력 발전의 구성요소
풍력 발전기의 분류

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풍력 발전이란?

풍력 발전은 신재생 에너지의 한 종류로써 바람의 운동 에너지를 이용하여 전기를 생산하는 재생 가능한 에너지원입니다. 풍력 터빈이라는 큰 풍차를 사용하여 바람의 에너지를 전기로 변환합니다. 풍력 터빈은 일반적으로 높은 탑 위에 설치되며, 3개 또는 그 이상의 날개가 있습니다. 바람이 날개를 돌리면 기어 박스가 회전 속도를 높여 발전기에 전달합니다. 발전기는 회전 운동 에너지를 전기 에너지로 변환합니다.

풍력 발전기가 육상에 설치될 경우 육상 풍력 발전기, 해상에 설치될 경우 해상 풍력 발전기라 분류하며, 설치 형식에 따라 땅에 고정되어 있는 고정식과 물에 떠있는 부유식으로 분류됩니다. 

 

풍력 발전기의 종류 (출처: 한국에너지공단 신재생에너지센터)

 

풍력 발전의 작동 방식

바람이 날개를 돌립니다. 바람이 풍력 터빈의 날개를 날리면 날개가 회전하기 시작합니다. 기어 박스가 회전 속도를 높입니다. 기어 박스는 날개의 회전 속도를 발전기에 필요한 높은 속도로 증폭시킵니다. 발전기가 전기를 생산합니다. 발전기는 회전 운동 에너지를 전기 에너지로 변환합니다. 전기가 전력망으로 전송됩니다. 생산된 전기는 전력망을 통해 가정과 사업체에 공급됩니다.

 

풍력 발전의 작동 방식(출처: 한국에너지공단 신재생에너지센터)

 

 

풍력 발전의 구성요소

풍력 발전 시스템은 크게 기계장치부, 전기장치부, 제어장치부로 구성됩니다.

 

1 기계장치부

• 회전자: 풍력을 포착하여 회전력을 생산하는 부품입니다. 블레이드(회전날개), 샤프트(회전축), 로터(회전자)로 구성됩니다.
• 블레이드: 공기역학적 디자인으로 최적의 양력을 발생시키도록 제작됩니다.
• 샤프트: 블레이드의 회전력을 전달하는 축입니다.
• 로터: 블레이드와 샤프트를 포함하는 전체 회전 부품입니다.
• 증속기: 로터의 저속 회전을 발전기에 적합한 고속 회전으로 변환하는 기어박스입니다.
• 제어장치: 기동, 제동, 운용 효율성 향상을 위한 장치입니다.
• 브레이크: 비상 상황 시 즉각적인 정지를 위한 제동 장치입니다.
• 피칭 시스템: 블레이드의 경사각을 조절하여 출력을 제어하는 장치입니다. 요잉 시스템: 로터의 방향을 바람 방향으로 조절하는 장치입니다.

2. 전기장치부

• 발전기: 회전 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치입니다. 유도형 발전기가 일반적으로 사용됩니다.
• 전력 안정화 장치: 발전된 전력을 안정적인 품질의 전력으로 변환하는 장치입니다. 변압기, 필터 등이 포함됩니다.

3 제어장치부

• 제어 시스템: 풍력 발전 시스템의 무인 운전 및 작동을 담당하는 시스템입니다.
• 요잉 & 피칭 컨트롤러: 로터 방향 및 블레이드 경사각을 제어하는 장치입니다.
• 모니터링 시스템: 원격지 제어 및 지상 시스템 상태 확인을 위한 시스템입니다.

풍력터빈 구성 요소 (출처: 한국에너지공단 신재생에너지센터)

 

풍력 발전기의 분류

분구조상 분류 (회전축 방향)	수평축 풍력시스템(HAWT) : 프로펠라형
	수직축 풍력시스템(VAWT) : 다리우스형, 사보니우스형
운전방식	정속운전 : 통상 Gear형
	가변속운전 : 통상 Gearless형
출력제어방식	Pitch(날개각) 제어
	Stall 제어
전력사용방식	계통연계(유도 발전기, 동기 발전기)
	독립전원(동기발전기, 직류 발전기)

 

풍력 발전기 분류  (출처: 한국에너지공단 신재생에너지센터)

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풍력 발전은 전 세계적으로 빠르게 성장하고 있는 재생 가능한 에너지원입니다. 풍력 발전 기술의 발전과 비용 감소로 인해 풍력 발전은 앞으로 더욱 경쟁력 있는 에너지원으로 자리매김할 것으로 예상됩니다.

 

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