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풍력 에너지는 무엇입니까?
풍력 에너지는 대기의 온도 및 압력 차이로 인해 발생하는 움직이는 공기의 에너지이며, 어떻게 동작하는 지 알아보도록 하겠습니다.
태양의 빛이 공기를 가열하여 공기가 떠오르게 합니다. 반대로 온도가 떨어지면 저압 영역이 발생합니다. 바람 및 공기 흐름은 차이를 균형 있게 조정합니다.
따라서 풍력 에너지는 움직이는 공기의 운동 에너지로 변환된 태양 에너지입니다. 즉, 원천은 태양 에너지로부터 생긴 현상입니다.
풍력 에너지 변환기 또는 풍력 터빈은 공기 흐름을 회전 운동으로 변환하여 공기 흐름을 포착하고, 이후에 기존의 전기 발전기를 구동합니다.
풍력 에너지는 수 세기 동안 물을 펌프질하고 분쇄하는 데 사용되었습니다. 전력 생산을 위한 산업적 돌파구는 1980년대에 시작되었습니다.
오늘날 풍력 에너지는 수력을 제외하고 가장 성숙한 재생 에너지 기술입니다. 2010년에는 전 세계 설치량이 200GW에 도달하여 1995년에는 5GW가 증가할 것입니다.
이는 연간 27%의 성장률에 해당합니다. 통계 자료를 본다면 풍력 에너지는 무시 못 할 중요한 재생 에너지라고 할 수 있습니다. 풍력 에너지의 원리는 두 가지 힘으로 생성됩니다.
두 가지의 힘은 리프트와 드래그입니다. 즉, 양력과 항력입니다. 양력의 힘은 바람의 방향에 수직입니다. 이는 날개 양쪽의 공기 사이의 압력 차이로 인해 발생합니다.
항력의 힘은 바람과 같은 방향입니다. 양력과 항력의 비율은 날의 모양과 날의 메인 라인의 각도와 메인 풍향에 크게 좌우됩니다. 양력은 유선형을 위해 터빈의 설계에 따라 항력 또는 양력이 블레이드를 움직입니다.
오늘날 대부분의 풍력 터빈은 항력이 아닌 양력의 원리를 사용합니다. 얼마나 많은 바람을 추출할 수 있으며 전 세계 분포는 무엇입니까?
유럽 연구 기관에 따르면 기술적으로 추출할 수 있는 양은 엄청나다고 합니다. 서유럽은 현재 연간 약 150T Wh를 생성합니다. 그것은 그 양의 30배를 생성할 가능성이 있습니다.
동유럽, 라틴 아메리카 및 아프리카 역시 상당한 잠재력을 지닌 풍력 에너지 자산에 투자하기 시작했습니다. 광범위한 분포, 성숙도 및 매력적인 경제성 덕분에 풍력 에너지는 향후 수십 년 동안 중요한 역할을 할 것입니다.
풍력은 입 방풍 속도에 비례하기 때문에 현장별 바람 특성에 대한 자세한 지식을 갖추는 것이 중요합니다.
풍속을 추정할 때 작은 오류라도 에너지 생산량에 큰 영향을 미칠 수 있지만, 터빈 및 현장에 대한 잘못된 선택으로 이어질 수 있습니다.
평균 풍속으로는 충분하지 않습니다. 풍력 터빈과 관련된 풍력 특성은 평균 풍속, 풍속 분포, 난기류, 풍향 분포가 있습니다.
그러나 바람의 감도 때문에 현장 바람 측정을 미리 원격에서 대체할 수 있는 계산법이나 측정법은 없습니다. 풍속 패턴은 풍속 스펙트럼으로 묘사될 수 있습니다.
비싼 값은 해당 기간 풍속의 상당한 변화를 나타냅니다. 풍속 스펙트럼의 최고점은 단기 난류뿐 아니라 연간, 계절 및 일일 패턴을 알 수 있습니다.
이러한 풍속 패턴 분석은 산출량 추정뿐만 아니라 풍력 발전량 예측에도 중요합니다. 풍속 분포는 대규모 기단의 움직임은 스펙트럼의 거시 기상 학적 측면에서 3가지의 유형이 있습니다.
낮과 밤의 다른 온도로 인한 일주 패턴, 이 현상은 연안보다 해안 지역에서 더 뚜렷합니다. 약한 태풍은 보통 약 나흘 동안 발생합니다. 이 현상은 대륙 지역보다 해양에서 더 뚜렷합니다.
연간 패턴은 위도의 정도에 따라 달라지며 적도 가까이에서 사라집니다. 시간당 평균 풍속의 분포는 소위 베이불분포로 설명할 수 있습니다.
상세한 그래프와 함수 관계는 다음 포스팅에서 설명하도록 하겠습니다. 대략 설명하자면, 실제로 바람 분포를 먼저 측정한 다음 매개 변수를 조정하여 추가 계산에 사용합니다.
바람의 주요 특징 중 하나는 높은 시간적 변화입니다. 풍속은 몇 초 내에 두 배 또는 세 배로 증가할 수 있습니다. 즉, 전력이 8~27배 증가합니다.
난류 강도는 건물 또는 가파른 산 정상과 같은 장애물로 인해 증가합니다. 평균 풍속이 높은 사이트는 난기류를 덜 받는 경향이 있습니다.
또한, 풍향 분포는 풍력 발전 단지의 모양이 중요합니다. 이로써 풍력 에너지의 정의와 바람의 특성에 대해 알아보았습니다.
풍력 에너지를 발생시키기 위해서는 바람의 원리, 바람의 특성을 잘 알아야 합니다. 저희가 제주도나 바람이 많이 부는 지역에 가면 바람개비처럼 생긴 풍력 발전소를 보곤 합니다.
그 풍력 발전소는 단순히 바람이 많이 부는 지역에, 지어서 운용하는 것이 아니라 그 지역에서도 바람의 방향, 그리고 바람이 얼마나 자주 부는지를 다 분석하여 지어진 것입니다. 알면 알수록 신기하고 더 알아보고 싶습니다.