풍력 발전기의 원리 (전망, 장점 단점, 효율)

풍력발전 바람 에너지

풍력 발전 원리

 

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풍력발전 이란(?)
풍력발전 에너지란 이름 그대로
바람으로부터 얻는 에너지입니다.

 

우리나라에는 현재 제주도와 대관령에 풍력 발전기가 설치되어 있지요. 풍력 발전이란, 자연의 바람을 이용해 풍차를 돌리고 이것으로 발전기를 돌리는 발전 방식을 말합니다.

풍력발전 조건(?)
이때 효율적으로 전기 에너지를 얻기 위해서는 초속 5m 이상의 바람이 지속적으로 불어야 합니다.

따라서 풍력발전은 바람이 많이 부는
지역에 터빈을 설치하여 이루어집니다.

사막이나 바다와 가까운 지역에 주로 세워지는 이유이지요. 터빈이 돌아가면서 바람 에너지를 전기 에너지로 바꿔주는 역할을 하는데요. 이때 생긴 회전력이 전기가 돼요. 풍력 터빈은 전기를 생산하며, 이때 생산된 전기는 연결된 송전 및 배전망을 통해 운반됩니다.

또한 풍력 발전은 환경오염을 발생 시키지 않는 청정에너지에 해당된다고 해요. 신재생에너지에 큰 관심을 보이고 있는 요즈음, 세계 각국에서 풍력 에너지에 특히 눈길을 보내는 이유랍니다. 최근의 풍력 발전기는 풍력 에너지의 약 30%를 발전기 돌리는 에너지로 전환시킬 수 있다고 합니다.

 

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풍력발전의 역사
그렇다면 풍력발전은 언제부터 시작된건지 아시나요?

본격적으로 풍력을 이용한 것은
1890년 덴마크에서부터 입니다.

 

그리고 1970년, 석유파동 이후 세계적인 관심의 대상이 되었지요. 거의 50년 가까이 이어져왔다는 사실을 알 수 있습니다.

오늘날의 풍력발전기는 보통 2-3개의
날개를 가지고 있습니다.

현재까지 연구개발 결과, 성능 및 건설비는 상당한 경쟁력을 가지게 되었다고 합니다. 2008년 말 기준으로 봤을 때, 풍력 발전으로 생산된 전세계의 전력은 총 121.2GW나 됩니다.

전체 전력의 1.5%가 되는 양인데, 사실 풍력 발전을 통한 전력 생산 비율은 매우 빠른 속도로 증가하고 있다고 하며 최초로 풍력발전을 시작했던 덴마크에서는 19%의 전력을 풍력발전을 통해 생산하고 있습니다. 또한 스페인과 포르투갈은 11%, 독일과 아일랜드는 7%에 달하는 전력을 풍력으로 얻고 있다고 합니다.

 

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풍력 발전기의 원리
풍력발전이 어떤 원리로 일어나는지, 궁금하시나요? 풍력발전은 공기의 유동이 가진 운동 에너지의 공기역학적 특성을 이용하여 회전자를 회전시켜 기계적 에너지로 변환시키고 이 기계적 에너지로 전기를 얻는 기술이라고 할 수 있습니다.

바람은 높이 올라갈수록 강하게 불기 때문에,
풍력 발전기의 크기가 크면 클수록 기둥도 높아져야 합니다.

우리가 흔히 보게 되는 풍력 발전기가 높고 커다란 이유도 여기에 있으며 특히 대형 풍력 발전기는 기둥의 높이가 100m가 되는 것도 있답니다.

풍력 발전기는 날개의 회전축 방향에 따라 수평형과 수직형으로 분류됩니다. 주요 구성 요소는 회전날개, 허브, 풍력 전달 장치, 발전기 및 각종 안전장치의 제어 장치, 유압 브레이크 장치와 전력 제어 장치가 있습니다.

회전 날개가 바람의 운동 에너지를 기계적 회전력으로 변환시키고, 동력전달장치는 입력된 회전력을 증폭시킵니다.

발전기가 이 회전력을 전기 에너지로 변환시키고 전력 변환 장치가 직류 전기를 교류 전기로 변환시켜 전력을 공급하는 것입니다.

풍력발전기 날개 돌리는 이유(?)
풍향에 위로 잡아당기는 힘, 즉 수직의 양력이 발생하기 때문이랍니다. 바람이 불 때 날개의 윗면에 흐르는 공기가 밑면보다 더 빨리 움직이기 때문에 날개 윗면의 압력이 아랫면보다 낮아지면서 바로 이 양력이 발생하게 됩니다.

또한 날개의 바람에 대한 각도가 점점 커지면 날개의 양력도 증가하게 됩니다. 그런데 풍력발전기에는 양력만 작용하는 게 아니랍니다. 풍향과 같은 방향으로 발생하는 항력이라 불리는 힘도 있는데요, 이 항력은 보통 운동 방향에 닿는 면적이 커질수록 증가하게 됩니다. 양력은 풍력발전기의 하중을 증가시키는 요인이 되는데, 회전날개를 개발할 때는 앞선 양력을 최대한으로, 항력을 최소한으로 하는 것이 가장 중요한 목표가 됩니다.

그런데 풍력 발전에서는 일부러 일부 에너지를 흘려보내기도 하는데요, 풍력 발전기가 받는 충격을 최소화하기 위해서 설계 범위 이상의 바람 에너지는 흘려버리는 것 입니다.

 

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풍력에너지의 장점
우리는 왜 풍력발전에 이토록 관심과
노력을 기울이는 것일까요? 현재 알려져 있는 풍력발전의 효율은 바람 속도의 세제곱에 비례한다고 합니다. 풍력에너지의 장점은 이뿐만이 아닙니다.

풍력에너지는 무한정의 청정에너지원이며, 환경오염을 유발하는 화석연료를 대신하여 자원 고갈에 대비할 수 있습니다. 또 설치 비용이 가장 적게 들면서 건설 및 설치 기간이 짧다고 해요. 또 풍력발전 시설단지는 농사, 목축 등 토지 이용의 효율성을 높입니다.

대한민국 풍력발전 활용(?)
사실 우리나라 전 지역의 연간 평균 풍속은
초속 4m를 넘지 못한다고 합니다.

 

하지만 바닷가나 섬, 산간 지역의 경우 풍속이 높아 제주도를 비롯한 남해, 서해, 동해 및 대관령, 진부령 등의 지역에서는 풍력 발전이 가능한 바람이 분다고 합니다.

때문에 바람이 많이 부는 대부분의 해안과 대관령, 지리산, 태백산, 치악산, 소백산 등의 내륙지역에 풍력발전기를 주로 설치합니다. 때문에 우리나라도 에너지 장기개발 계획에 의해 무공해 대체 에너지 실용화 방안으로 5,000KW급의 풍력발전소 건설을 추진하고 있답니다.

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본 내용은 한국수력원자력 홈페이지
출처를 기반으로 작성되었음을 안내드립니다

 

읽어주셔서 감사합니다.

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참고하시면 도움되는 포스팅

 

파력 발전의 원리

(파력발전의 원리 출처)