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전력을 생산하는 대규모 풍력 발전 단지에서부터 단일 주택에 전력을 공급하는 소형 터빈에 이르기까지 전 세계의 풍력 터빈은 다양한 전력 요구에 맞는 깨끗한 전기를 생산합니다.
미국에서는 풍력 터빈이 일반적인 광경이 되고 있습니다. 세기가 바뀌면서 미국의 총 풍력 발전 용량은 24배 이상 증가했습니다.
현재 미국에는 1,500만 개 이상의 가정에 자가적으로 전력 공급과 생산을 할 수 있는 풍력 발전 용량이 충분하여 청정에너지 미래로 가는 길을 열었습니다.
풍력 터빈이란?
풍력 터빈이란? 풍력 에너지를 활용하여 기계적 동력을 생성한다는 개념은 수천 년 전으로 거슬러 올라갑니다. 기원전 5000년에 이집트인들은 풍력 에너지를 사용하여 나일강을 따라 보트를 추진했습니다.
미국 식민지 주민들은 풍차에 의존하여 곡물을 갈고, 물을 펌프질하며, 나무를 베었습니다. 오늘날의 풍력 터빈은 바람의 운동 에너지를 깨끗이 하고 재생 가능한 전기로 변환하는 풍차의 현대식 터빈입니다.
대부분의 풍력 터빈은 관형 강철로 만든 타워에 장착된 3개의 날개로 구성됩니다. 두 개의 날개 또는 콘크리트 또는 강철 격자 타워에는 덜 일반적인 품종이 있습니다.
지상 100피트 이상에서 타워는 터빈이 더 높은 고도에서 발견되는 거 빠른 풍속을 활용할 수 있도록 해야 합니다. 터빈은 비행기 날개처럼 작동하는 프로펠러와 같은 날개로 바람의 에너지를 포착합니다.
바람이 불면 날개 한쪽에 저압 공기주머니가 형성됩니다. 그런 다음 저압 에어 포켓이 날개를 잡아당겨 회전체를 회전시킵니다. 이것을 양력이라고 합니다.
양력의 힘은 항력이라고 하는 날개 전면에 대한 바람의 힘보다 훨씬 강합니다. 양력과 항력의 조합으로 회전체가 프로펠러처럼 회전합니다.
일련의 기어는 회전체의 회전을 분당 약 18회에서 분당 약 1,800회 회전으로 증가시켜 터빈 발전기가 AC 전기를 생산할 수 있는 속도입니다.
나셀이라고 하는 유선형 인클로저에는 일반적으로 기어, 회전체 및 발전기를 포함한 주요 터빈 구성 요소가 나셀이라는 하우징 내에 있습니다.
터빈 타워 꼭대기에 앉아있는 일부 나셀은 헬리콥터가 착륙할 수 있을 만큼 충분히 큽니다. 또 다른 핵심 구성 요소는 터빈의 컨트롤러로 강풍에 의한 손상을 방지하기 위해 회전체 속도가 55m pH를 초과하지 않도록 합니다.
풍속계는 풍속을 지속해서 측정하고 데이터를 컨트롤러로 전송합니다. 나셀에도 내장된 브레이크는 비상시 회전체를 통해 기계적, 전기적 또는 유압 적으로 정지시킵니다.
풍력 터빈의 유형 풍력 터빈에는 수평축이 있는 것과 수직축이 있는 두 가지 기본 유형이 있습니다. 대부분의 풍력 터빈에는 수평축이 있습니다.
즉, 수평축을 중심으로 회전하는 날개가 있는 프로펠러 스타일의 디자인입니다. 수평축 터빈은 바람이 타워 앞의 날개에 닿는 상향 바람 또는 바람이 날개 앞 타워에 닿는 하풍입니다.
업 윈드 터빈에는 방향이 바뀔 때 회전체가 바람을 향하도록 유지하기 위해 나셀을 회전시키는 구성 요소인 드라이브와 모터도 포함됩니다.
수직축 터빈은 두 가지 주요 설계로 나뉩니다. 항력 기반 또는 사보니우스형 터빈에는 일반적으로 수직축을 중심으로 회전하는 단단한 날개가 있는 회전체가 있습니다. 양력 기반 또는 다리우스형 터빈은 높이가 높은 수직형 스타일입니다.
국립 풍력 기술 센터에서 응용 풍력 터빈은 해상 풍력 자원을 활용하는 것에서부터 단일 주택을 위한 전기를 생성하는 것까지 다양한 응용 분야에 사용됩니다.
전력 회사가 그리드에 전력을 공급하기 위해 가장 자주 사용하는 대형 풍력 터빈은 100㎾에서 수 메가와트까지 다양합니다.
이러한 시설 규모의 터빈은 종종 많은 양의 전기를 생산하기 위해 풍력 발전 단지에서 함께 그룹화됩니다. 풍력 발전 단지는 수만 가구에 충분한 전력을 제공하는 몇 개 또는 수백 개의 터빈으로 구성될 수 있습니다.
최대 100㎾에 달하는 소형 풍력 터빈은 일반적으로 가정, 통신 접시 또는 물 펌프질 스테이션과 같이 생성된 전기가 사용되는 장소와 가깝습니다.
소형 터빈은 때때로 디젤 발전기, 배터리 및 태양광 시스템에 연결됩니다. 이러한 시스템을 하이브리드 풍력 시스템이라고 하며 일반적으로 전력망에 연결할 수 없는 원격, 계통 외 위치에서 사용됩니다.
해상 풍력 터빈은 해안선에서 발견되는 강하고 일관된 바람의 에너지를 활용하기 위해 많은 국가에서 사용됩니다.
미국 연안 해역 바람의 기술적 자원 잠재력은 4,000기가와트 이상의 전기를 공급하기에 충분하며, 이는 현재 미국 전력 시스템의 발전 용량의 약 4배입니다.
이러한 자원이 모두 개발되는 것은 아니지만, 이는 인구 밀도가 높은 해안 도시에 전력을 공급할 중요한 기회를 나타냅니다.
미국의 방대한 해상 풍력 자원을 활용하기 위해 국무부는 2017년까지 연방 및 주 해역에 해상 풍력 시스템을 배치하도록 설계된 3개의 해상 풍력 시범 프로젝트에 투자하고 있습니다.
풍력 터빈의 미래 미국 풍력 산업의 미래 성장을 보장하기 위해 에너지 부서의 풍력 프로그램은 산업 파트너와 협력하여 풍력 터빈 기술의 신뢰성과 효율성을 높이는 동시에 비용을 절감합니다.
이 프로그램의 연구 노력은 평균 용량 계수를 1998년 이전에 설치된 풍력 터빈의 경우 22%에서 2006년과 2012년 사이에 설치된 터빈의 경우 32% 이상으로 높이는 데 도움이 되었습니다.
풍력 에너지 비용은 더 많은 것에서 감소했습니다. 1980 년에 킬로와트시 당 55센트 이상, 현재 풍력 자원이 좋은 지역에서는 6센트 / kWh 미만입니다.
미국에서는 육상과 해상의 새로운 지역에 풍력 발전을 계속 배치하고 안정적이고 안전하게 통합되도록 노력하고 있습니다. 우리나라도 제주도나 대부도, 해안가에 가면 종종 풍력 발전소들을 볼 수 있습니다.
물론 육상풍력발전소도 있는 것으로 알고 있지만, 해상풍력이 더 많은 상황입니다.
저는 평상시에 건물과 건물 사이에 바람을 이용하는 것도 나쁘지 않겠다라는 생각을 가졌었는데, 얼마만큼 효율적인지 기술적 분석이 필요하겠지만, 지속해서 풍속과 재생에너지를 고려하다 보면 생각지도 못한 에너지들을 생산할 기회가 생길 겁니다.