풍력 발전기에 가장 중요한 기계적 요소는 어떤 것일까요?
우리가 화석 연료 아닌 친환경 에너지로 그래도 가장 각광 받고 있는 에너지원으로는 풍력 에너지를 뽑을 수 있습니다. 이 풍력 발전기에 가장 중요한 기계적 요소는 무엇일까요?
안녕하세요. 안다람 전문가입니다.
풍력 발전기에서 가장 중요한 기계적 요소는 블레이드 입니다.
이는 바랍의 에너지를 회전력으로 변환하여 효율성과 용량을 결정하는 핵심 부품이기 때문입니다.
1명 평가안녕하세요. 서종현 전문가입니다.
풍력발전기의 가장 중요한 기계적 요소는 터빈 블레이드(날개)와 기어박스, 그리고 베어링 입니다. 터빈 블레이드는 바람의 운동 에너지를 회전 에너지로 변환하는 핵심 부품으로 공기역학적 설계와 내구성이 중요합니다. 기어박스는저속으로 회전하는 블레이드의 회전력을 고속 회전으로 변환해 발전기 효율을 높이는역할 하며, 내구성과 정밀도가 요구됩니다. 베어링은 회전 부품의 마찰을 줄이고 안정적인 회전을 지원하는 부품으로 풍력 발전기의 신뢰성과 수명에 큰 영향을 미칩니다. 이외에도 타워발전기, 제어시스템 등도 중요하지만, 기계적 관점에서 블레이드, 기어박스, 베어링이 핵심요소로 꼽힙니다. 이들 부품의 설계와 유지보수가 풍력 발전기의 효율과 안정성에 직접적으로 연결됩니다.
안녕하세요. 김민규 전문가입니다.
아무래도 풍력을 에너지로 전환시키는 동력이 가장 중요 합니다. 모터 등의 설비들이 가장 중요한 역할을 하게 됩니다.
안녕하세요. 조일현 전문가입니다.
풍력발전기는 기계적요소는 크게 3가지입니다.
블레이드( 날개 에 바람이불면 회전하며 바람에너지를 회전운동에너지로 변환하는 구조)
너셀( 주축,증속기,발전기,요잉 및 피치 시스템)
타워( 너셀 과 블레이드를 지지하는 기둥)
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
풍력발전은
풍차에 의해 풍력에너지를 회전에너지로 변환하여 발전기를 구동시킴으로써 전기에너지를 생산하는 것으로
바람의 힘을 풍차(블레이드)가 회전력으로 전환시켜 발전기에서 전기를 발생시키고
유도전기를 전력 계통이나 수요자에게 공급하는 것입니다.
원리
1. 블레이드를 통해 바람에너지가 회전운동에너지로 전환
2. 기어박스를 거쳐 저속 회전에너지가 고속 회전에너지로 증폭
3. 고속 회전에너지가 발전기를 통해 전기에너지로 변환
구조
크게 세 부분으로 나뉘는데
블레이드, 타워, 너셀(모터 등 각종 부품이 들어가는 부분) 입니다.
너셀은 허브, 주축, 증속기, 발전기, 요잉 시스템, 피치스트템피치 시스템, 브레이크 ,
전력 변환장치 등으로 블레이드와 타워를 제외한 나머지 부분으로 보시면 됩니다.
그럼 여기서 가장 중요한 기계적 요소라면 어떤 것이 될까요
풍력을 회전에너지로 변환하는 블레이드 와
전기 에너지를 생산하는 터빈 부분이 가장 중요한 기계적 요소로 판단됩니다.
추가적으로 모든 부위 구조물에 대해 자세히 열거해 보겠습니다.
블레이드
블레이드는 '바람에너지→회전에너지'로 전환시키는 기계적 장치이므로 매우 중요한 역할을 합니다.
과거로 부터의 데이터를 보면,시간이 지날수록 바람개비의 크기가 커지고 있습니다.
왜냐하면 블레이드의 크기가 커질 수록(=회전축으로 부터 블레이드의 길이가 길어질수록=원의 반지름 길이가 길어질 수록=날개의 회전면적이 커질수록) 발전 출력이 커지기 때문입니다.
바람에너지발전출력의 공식은 아래와 같습니다.
- 출력 = 날개의 회전면적 x 날개의 힘 x 효율
풍력발전기의 출력 계산 방법을 보면
Output Power(kW) = Swept Area(날개의 회전면적) x Power Density(날개의 힘) x Efficiency(효율)
1. 출력은 공기밀도와 날개의 선회(회전) 면적의 크기에 비례
2. 출력은 풍속의 세제곱에 비례
3. 풍속은 세제곱에 비례하므로 출력을 만드는데 가장 결정적인 역할
1~3번의 사실을 바탕으로 예를들면,
풍속이 5m/s인 발전기와 6m/s인 발전기가 있다고 가정해 볼때,,
풍속은 20%만 차이가 나지만 출력은 풍속의 세제곱에 비례한다고 했으므로
5³= 125, 6³=216이다. 따라서 약 73%의 차이가 생깁니다.
터빈
터빈은 보통 발전기 전체를 말하는데
특히 Yawing과 Pitching은 제어장치부에 속하는데 제어를 통해 풍력발전기가 무인 운전이 가능토록 설정하는 것입니다.
Yawing Control
블레이드가 바람이 불어오는 방향으로 움지이도록 블레이드의 방향을 조절하는 것
Pitch Control
날개(브레이드)의 경사각 조절로 출력을 능동적으로 제어하며 유압으로 작동합니다.
장기간 운전 시 유압장치실린더와 회전자 간의 기계적 링크 부분의 손상이 우려되며,
빠른 풍속 변화 시 순간적 피크발생으로 시스템 손상이 우려되는 면이 있음
Gear box
기어박스가 있는 풍력발전기를 기어형 풍력발전기라고 하며 대부분의 정속운전 유도형 발전기기를 사용하는 풍력발전시스템에 해당되며 유도형 발전기의 높은 정격회전수에 맞추기 위해 회전자의 회전속도를 증속하는 기어장치가 장착되어 있는 형태
Nacelle
너셀은 풍력터빈의 하우징(housing)과 베드 플레이트(bed plate), 메인 프레임(main frame), 방향제어 시스템 등을 포함
타워
풍력발전기를 지지하는 구조물로서 너셀과 로터부를 지상에서부터 일정한 높이에 위치시켜 지지해 주는 역할을 하며, 구조는 심플하게 생각하면 가운데가 텅 빈 커다란 원기둥이라고 보시면 됩니다.
원기둥 내부에는 전력선, 사다리, 엘리베이터 시스템 등 여러 가지 유지 보수를 위한 장치들이 장착되기도 합니다.
이상 풍력발전기의 일반적인 구조물에 대해 열거해 보면서
가장 중요한 기계적 요소가 어떤 부위인 지 판단할 수 있도록 참조사항을 나열해 보았습니다.
안녕하세요. 박온 전문가입니다.
풍력 발전기에서 가장 중요한 기계적 요소는 회전하는 블레이드(날개)와 기어박스입니다. 블레이드는 바람의 힘을 받아 회전하고, 기어박스는 이 회전력을 발전기에 전달해 전기를 생산하죠.