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풍력의 원리. 바람의 힘을 회전력으로 전환시켜 발생되는 유도전기를 전력계통이나 수요자에게 공급하는 기술

개요

풍력의 원리
  • 바람의 힘을 회전력으로 전환시켜 발생되는 유도전기를 전력계통이나 수요자에게 공급하는 기술
  • 풍차→동력전달장치→발전기
    • →전력선(계통연계형)→
    • →축전지→
  • 수요자
기계장치부
  • 바람으로부터 회전력을 생산하는 Blade(회전날개), Shaft(회전축)를 포함한 Rotor(회전자), 이를 적정 속도로
    변환하는 증속기(Gearbox)와 기동·제동 및 운용 효율성 향상을 위한 Brake, Pitching & Yawing System등의
    제어장치부문으로 구성 주) Gearless형은 Gearbox 없음
전기장치부
  • 발전기 및 기타 안정된 전력을 공급토록하는 전력안정화 장치로 구성
제어장치부

풍력발전기가 무인 운전이 가능토록 설정, 운전하는 Control System 및 Yawing & Pitching Controller와 원격지
제어 및 지상에서 시스템 상태 판별을 가능케하는 Monitoring System으로 구성

주) Yaw controll : 바람방향을 향하도록 블레이드의 방향조절
주) 풍력발전 출력제어

  • Pitch controll : 날개의 경사각(pitch) 조절로 출력을 능동적 제어
  • Stall(失速) controll : 한계풍속 이상이 되었을 때 양력이 회전날개에 작용하지 못하도록 날개의 공기역학적 형상에
    의한 제어
풍력발전 시스템(Geared Type)

풍력발전 시스템(Geared Type)

풍력발전시스템 분류
특징
구조상 분류(회전축 방향)
  • 수평축 풍력시스템(HAWT) : 프로펠라형
  • 수직축 풍력시스템(VAWT) : 다리우스형,사보니우스형
운전방식
  • 정속운전(fixed roter speed type) : 통상 Geared형
  • 가변속운전(variable roter speed type) : 통상 Gearless형
구조상 분류(회전축 방향)
  • Pitch(날개각) controll
  • Stall(失速) controll
운전방식
  • 계통연계(유도발전기, 동기발전기)
  • 독립전원(동기발전기, 직류발전기)
회전축방향에 따른 분류
  • 수직축 발전기

    수직축 발전기

  • 수평축 발전기

    수평축 발전기

풍력발전기는 날개의 회전축의 방향에 따라 회전축이 지면에 대해 수직으로 설치되어 있는 수직축 발전기와 회전축이
지면에 대해 수평으로 설치되어 있는 수평축 발전기로 구분

  • 수직축은 바람의 방향에 관계가 없어 사막이나 평원에 많이 설치하여 이용 가능하지만 소재가 비싸고 수평축
    풍차에 비해 효율이 떨어지는 단점이 있음
  • 수평축은 간단한 구조로 이루어져 있어 설치하기 편리하나 바람의 방향에 영향을 받음
  • 준대형급 이상은 수평축을 사용하고, 100㎾급 이하 소형은 수직축도 사용됨
운전방식에 따른 분류
  • Geared형 풍력발전시스템

    Geared형 풍력발전시스템

  • Gearless형 풍력발전시스템

    Gearless형 풍력발전시스템

풍력발전기는 날개의 회전축의 방향에 따라 회전축이 지면에 대해 수직으로 설치되어 있는 수직축 발전기와 회전축이
지면에 대해 수평으로 설치되어 있는 수평축 발전기로 구분

  • 수직축은 바람의 방향에 관계가 없어 사막이나 평원에 많이 설치하여 이용 가능하지만 소재가 비싸고 수평축
    풍차에 비해 효율이 떨어지는 단점이 있음
  • 수평축은 간단한 구조로 이루어져 있어 설치하기 편리하나 바람의 방향에 영향을 받음
  • 준대형급 이상은 수평축을 사용하고, 100㎾급 이하 소형은 수직축도 사용됨
기어형 및 기어리스형 특성
기어형
  • 대부분의 정속운전 유도형 발전기기를 사용하는 풍력발전시스템에 해당되며 유도형 발전기기의 높은 정격회전수에
    맞추기 위해 회전자의 회전속도를 증속하는 기어장치가 장착되어 있는 형태임
  • 증속기(Gear Box :적정속도로 변환)필요, Inverter 불필요
  • 정속 : 발전기 주파수를 올려 한전계통에 적합한 60Hz 맞춤
  • 대부분 정속운전 유도형 발전기 사용
  • 유도형 발전기의 높은 정격회전수에 맞추기 위해 회전자의 회전속도를 증속하는 기어장치 장착
  • 회전자→기어증속장치→유도발전기(정전압/정주파수)→한전계통
기어리스형
  • 대부분 가변속 운전동기형(또는 영구자석형) 발전기기를 사용하는 풍력발전 시스템에 해당되며 다극형 동기
    발전기를 사용하여 증속기어 장치가 없이 회전자와 발전기가 직결되는 direct-drive 형태임
  • 가변속 : 한전계통 주파수와 맞지 않기 때문에 Inverter 필요
  • 가변속운전 동기형(또는 영구자석형)발전기 사용
  • 다극형 동기발전기를 사용하여 증속기어장치 없이 회전자와 발전기가 직결되는 direct-drive형태
  • 발전효율 높음(단독 운전의 경우 많이 사용되나 유도발전기보다 비싸고, 크기도 큰 단점있음)
  • 회전자(직결)→동기발전기(가변전압/가변주파수)→인버터→한전계통
  • 주) Hub : 블레이드가 모인 중심부분
  • 주) Nacelle : gear box, generator 등이 있는 구동
  • 기어리스형의 개요

    기어리스형의 개요

  • 기어형의 개요

    기어형의 개요

기어형 및 기어리스형 풍력시스템의 구성
  • 기어형 : 회전자 →기어증속장치 → 유도발전기(정전압/정주파수) → 한전계통
  • 기어리스형 : 가변속운전 동기형(또는 영구자석형)발전기 사용
기어형 및 기어리스형의 비교분석
기어형 및 기어리스형의 비교분석
장점
  • 저렴한 제작비용으로 고신뢰도의 동력전달계 구성 가능함
  • 장기간의 기술적 노우하우와 경험을 바탕으로 신뢰도가 매우 높음
  • 보편적 요소기술로서 어느 지역에서도 설계 제작이 가능한 보편기술임
  • 유지보수가 용이하며 부분품의 교체로서 쉽게 성능유지가 가능함
  • 계통연계가 간편하고 용이한 기술적 특성을 지님
단점
  • 증속기어의 기계적 마모나 이에 따른 유지관리상의 문제야기 될 수 있음
  • 기계적 소음발생의 원인이며, 고장발생의 주요원인이 될 수 있음
  • 통상 전체시스템의 운전수명인 20년 보다 짧은 8∼10년이내의 운전수명을 지님으로서 유지
  • 관리 비용의 상승을 초래함
  • 저출력시 추가적인 보상회로에 의한 역률개선이 필요하게 됨