아마도 당신은 시골을 운전하는 동안 그들을 본 것 같습니다. 또는 해안에서 방금 날아가는 것을 보았을 수도 있습니다. 그런 다음 다시 누군가의 지붕에서 보거나 소규모 도시 운영의 일부로 보았을 수 있습니다. 위치에 관계없이, 풍력 터빈과 풍력은 현대 세계에서 점점 일반화되고 있습니다.
이 중 많은 부분이 기후 변화의 위협, 대기 오염, 인류가 화석 연료에 대한 의존성을 해치려는 욕구와 관련이 있습니다. 대체 에너지와 재생 가능한 에너지에 관해서는 풍력 발전은 향후 태양열 이후 시장에서 두 번째로 큰 점유율을 차지할 것으로 예상됩니다. 그러나 풍력 터빈은 정확히 어떻게 작동합니까?
기술:
공기 터빈은 바람의 운동 에너지와 공기 흐름의 변화를 전기 에너지로 바꾸는 장치입니다. 일반적으로 로터, 발전기 및 구조적지지 컴포넌트 (타워, 로터 요 메커니즘 또는 둘 다의 형태를 취할 수 있음)로 구성됩니다.
로터는 풍력 에너지를 포착하는 블레이드와 풍력 에너지를 저속 회전 에너지로 변환하는 샤프트로 구성됩니다. 샤프트에 연결된 발전기는 일련의 자석과 도체 (보통 코일 구리선으로 구성됨)를 사용하여 저속 회전을 높은 에너지로 전기 에너지로 변환합니다.
자석이 구리선으로 회전하면 전위차가 발생하여 전압과 전류가 생성됩니다. 마지막으로, 구조적지지 구성 요소가있어서, 터빈은 풍압의 변화를 최적으로 포착하고 /하거나 풍향 방향을 향하도록 충분히 높은 고도에 서있게한다.
풍력 터빈의 종류 :
현재 풍력 터빈의 주요 유형은 HAWT (Horizontal Axis Wind Turbines)와 VAWT (Vertical Axis Wind Turbines)입니다. 이름에서 알 수 있듯이, 수평 풍력 터빈에는 블레이드 상단이 바람을 향한 상태로 타워 상단에 메인 로터 샤프트와 발전기가 있습니다. 터빈은 타워 뒤에 난류를 생성 할 가능성이 있기 때문에 일반적으로지지 타워의 앞쪽에 배치됩니다.
수직축 터빈 (이름에서 알 수 있듯이 다시 한번)은 메인 로터 샤프트를 수직으로 배열합니다. 일반적으로 이들은 본질적으로 더 작으며 회전하기 위해 바람의 방향을 가리킬 필요가 없습니다. 이로써 방향에 따라 가변적 인 바람을 이용할 수있게된다.
일반적으로 수평 축 풍력 터빈은 더 효율적으로 간주되고 더 많은 전력을 생산할 수 있습니다. 수직 모델은 더 적은 전력을 생산하지만 더 낮은 고도에 배치 할 수 있으며 구성 요소 (특히 요 메커니즘)를 방해하지 않습니다. 풍력 터빈은 타워형, 사 보니 우스 및 Darrieus 모델을 포함하여 설계에 따라 세 가지 일반 그룹으로 나눌 수 있습니다.
타워형 모델은 타워 (이름에서 알 수 있듯이)와 타워 앞에 있고 평행 한 일련의 긴 블레이드로 구성된 가장 일반적인 HAWT 형식입니다. Savonis는 바람과 회전을 포착하기 위해 윤곽이있는 블레이드 (스쿠프)에 의존하는 VAWT 모델입니다. 일반적으로 효율성이 낮지 만 자체 시작의 이점이 있습니다. 이러한 종류의 터빈은 종종 옥상 바람 운영의 일부이거나 선박에 장착됩니다.
"Eggbeater"터빈으로도 알려진 Darrieus 모델은 디자인을 개척 한 프랑스 발명가 인 Georges Darrieus의 이름을 따서 명명되었습니다. 이 VAWT 모델은 수직 지지대에 평행하게 놓인 일련의 수직 블레이드를 사용합니다. 이들은 일반적으로 효율이 낮고, 회전을 시작하기 위해 추가 로터가 필요하고, 높은 토크를 생성하며, 타워에 높은 응력을가합니다. 따라서 디자인이 진행됨에 따라 신뢰할 수없는 것으로 간주됩니다.
개발 역사 :
풍력은 수천 년 동안 돛, 풍력 발전을 추진하거나 수도 펌프에 압력을 발생시키는 데 사용되었습니다. 가장 오래된 알려진 사례는 중앙 페르시아에서 왔으며 고대 페르시아 (이란)에서 사용 된 풍차는 기원 500 – 900 년으로 거슬러 올라갑니다. 이 기술은 중세에 유럽에서 나타나기 시작했으며 16 세기에 공통적 인 특징이되었습니다.
19 세기에는 전력의 발전으로 전력을 생산할 수있는 최초의 풍력 터빈이 건설되었습니다. 첫 번째는 스코틀랜드의 제임스 블리스 (James Blyth)가 1887 년 스코틀랜드 메리 커크 (Marykirk)에서 휴가 용 주택을 밝히기 위해 설치했습니다. 1888 년 미국의 발명가 Charles F. Brush는 오하이오 주 클리블랜드에있는 최초의 자동 풍력 터빈을 건설했습니다.
20 세기 초 풍력 터빈은 외딴 지역 (예 : 농장)에서 집에 전력을 공급하는 일반적인 수단이되기 시작했습니다. 1941 년에 최초의 메가 와트 급 풍력 터빈이 버몬트에 설치되어 지역 전력망에 부착되었습니다. 1951 년 영국은 오크 니 제도에 첫 번째 유틸리티 그리드 커넥 티드 풍력 터빈을 설치했습니다.
1970 년대에는 OPEC 위기와 원자력에 대한 항의 덕분에 풍력 터빈 기술에 대한 연구 개발이 상당히 발전했습니다. 그 후 수십 년 동안 대체 에너지에 전념하는 협회와 로비스트가 서유럽 국가와 미국에서 등장하기 시작했습니다. 20 세기 후반까지도 대기 오염의 증가와 청정 에너지 수요의 증가로 인해 인도와 중국에서도 비슷한 노력이 일어났다.
풍력 발전:
다른 형태의 재생 가능 에너지와 비교할 때 풍력은 매년 일정하며 수요가 많은 시간대에는 감소하지 않기 때문에 매우 안정적이며 안정적인 것으로 간주됩니다. 처음에는 풍력 발전 단지 건설에 많은 비용이 들었습니다. 그러나 최근의 개선 덕분에 풍력 발전은 전세계 도매 에너지 시장에서 최고 가격을 설정하고 화석 연료 산업의 수입과 이익을 줄이기 시작했습니다.
2015 년 3 월 에너지 부가 발표 한 보고서에 따르면 미국의 풍력 발전으로 인해 여러 분야에서 훨씬 더 숙련 된 직업이 생길 수 있습니다. “Wind Vision : 미국의 풍력 발전의 새로운 시대”라는 제목의이 문서는 2050 년까지 업계가 미국의 전기 생산량의 35 %를 차지할 수 있다고 지적합니다.
또한 2014 년에 Global Wind Energy Council과 Greenpeace International이 모여“Global Wind Energy Outlook 2014”라는 제목의 보고서를 발표했습니다. 이 보고서는 전 세계적으로 풍력이 2050 년까지 전세계 전력의 25 ~ 30 %를 공급할 수 있다고 밝혔다. 보고서 작성 당시 90 개 이상의 국가에 설치된 상업용 시설의 총 용량은 318 기가 와트 (GW)였다. 전세계 공급의 약 3.1 %.
이는 풍력이 0.2 % 미만을 차지한 2000 년 이후 채택률이 거의 16 배 증가한 것을 나타냅니다. 그것을 보는 또 다른 방법은 풍력 시장 점유율이 15 년 안에 4 배가 됐다는 것이다. 이것은 같은 기간 동안 7 배 이상 증가한 태양 광 발전에 이어 두 번째이지만 여전히 전체 시장 점유율 (2014 년에는 약 1 %) 측면에서 바람을 따라갑니다.
단점으로 인해 풍력 터빈이 지역 야생 동물에 미치는 영향과 지역 경관에 미치는 방해가 있습니다. 그러나 이러한 관심은 종종 풍력 및 기타 재생 가능 에너지 원을 불신하려는 특수 이해 단체 및 로비스트에 의해 부풀려진 것으로 나타났습니다.
예를 들어, 국립 재생 가능 에너지 연구소 (National Renewable Energy Laboratory)에서 발표 한 2009 년 연구에 따르면 대규모 풍력 발전 단지 건설로 인해 1MW 당 1 에이커 미만이 영구적으로 방해 받고 있으며, 1MW 당 3.5 에이커 미만이 일시적으로 방해받는 것으로 나타났습니다. 같은 연구에 따르면 조류와 박쥐 야생 생물에 미치는 영향은 상대적으로 낮으며 해양 플랫폼에도 동일한 결론이 적용됩니다.
전 세계적으로 정부와 지역 사회는 에너지 요구를 충족시키기 위해 풍력 발전을 모색하고 있습니다. 연료 가격이 상승하고 기후 변화에 대한 우려가 커지고 기술이 개선되는 시대에 이것은 놀라운 일이 아닙니다. 현재 채택률에 따르면, 그것은 세기 중반까지 가장 큰 에너지 원 중 하나 일 것입니다.
NASA의 Lewis Research Center에서 제공 한 풍력 터빈에 관한이 비디오를 즐기십시오.
Space Magazine에서 풍력 터빈과 풍력 발전에 관한 많은 흥미로운 기사를 작성했습니다. 대체 에너지 란?, 화석 연료는 무엇입니까?, 다른 유형의 재생 가능 에너지는 무엇입니까?, 우주의 도움을 받아 해양에서 발생하는 풍력 발전, 그리고 세계가 태양열 및 풍력 발전으로 이어질 수 있습니까?
자세한 내용은 풍력 발전의 역사와 역학 및 NASA의 Greenspace 페이지에 대한 Stuff Works의 기사를 참조하십시오.
천문학 캐스트에는 주제와 관련된 몇 가지 에피소드가 있습니다. 에피소드 51 : 지구 및 에피소드 308 : 기후 변화입니다.
출처 :
- Wikipedia – 풍력 터빈
- NASA – 변화의 바람
- 에너지 부 – 풍력 터빈은 어떻게 작동합니까?
- 미국 에너지 정보국 – 풍력 터빈의 종류
