풍력 시스템

시스템 개요

풍력 시스템

풍력발전은 바람이 가지는 운동에너지를 풍력 터빈 등의 장치를 통해 기계적인 에너지로 변환하고 그 에너지로 발전기를 돌려 전기를 생산하는 시스템으로, 구성요소는 크게 기계장치와 제어장치로 구분할 수 있으며, 이 때 기계장치는 풍력이 가진 에너지를 흡수 및 변환하는 운동량변환장치, 동력전달장치, 동력변환장치의 요소를 포함하고 있음. 또한, 풍력발전시스템의 종류는 구조, 증속기 유무, 운전속도, 출력제어방식, 전력사용방식, 설치장소, 공기역학적방식 등에 따라 분류 가능함.

다운로드
시스템 구성도
풍력 시스템 시스템 구성도
구성요소
  • 기계장치

    기계장치의 경우 풍력이 가진 에너지를 흡수, 변환하는 운동량변환장치, 동력전달장치, 동력변환장치로 구성되어 있으며, 세부적인 구성요소는 바람으로부터 회전력을 생산하는 회전날개(Blade), 회전축(Shaft)을 포함한 회전자(Rotor), 이를 적정 속도로 변환하는 증속기(Gearbox)와 기동·제동 및 운용 효율성 향상을 위한 브레이크(Brake) 등이 있음.

    PDF
  • 제어장치

    풍력발전기가 무인 운전이 가능토록 설정, 운전하는 Control System 및 Yawing & Pitching Controller와 원격지 제어 및 지상에서 시스템 상태 판별을 가능하게 하는 Monitoring System으로 구성되어 있음.

    PDF
종류
  • 구조상 분류 (회전축 방향)

    - 풍력발전시스템을 구조로 분류하면 수직축과 수평축이 존재함.
    - 수직축 풍력시스템은 바람의 방향과 관계가 없어 사막이나 평원에 많이 설치하여 이용이 가능하지만, 소재가 비싸고 수평축 시스템에 비해 효율이 떨어지는 설비임.
    - 수평축 풍력시스템은 1∼4개의 날개를 가진 다양한 종류가 있지만, 현재 발전용으로 3개의 날개를 가진 프로펠러형을 많이 사용하는 설비임.

    PDF
  • 증속기 유무에 의한 분류

    - 증속기란 풍력발전기 날개에 직결되어 회전하는 주 축과 발전기 사이에 설치되어 발전기 축의 회전속도를 증가시켜 주는 장치로, 증속기가 있는 증속기형 풍력발전기와 증속기가 없는 직결형 풍력발전기로 구분 가능함.
    - 증속기형 풍력발전기는 간접 구동식으로 불리며, 초기 풍력터빈 개발단계부터 적용 가능함.
    - 직결형은 풍력 터빈용 발전기의 기술 향상에 따라 증속기가 없는 형태로 개발된 발전기임.

    PDF
  • 운전속도에 의한 분류

    - 운전속도에 따라 분류하면 정속운전형과 가변속 운전형으로 나눌 수 있음.
    - 정속운전형 풍력발전기는 풍속에 상관없이 로터를 일정한 속도로 회전시키는 발전기로, 구조가 간단하고 신뢰성이 높으며 발전기 가격이 낮지만, 무효 전력과 전력 품질 제어의 어려움 등의 단점이 존재함.
    - 가변속 운전형은 넓은 범위의 풍속에서 최대공력 효율을 얻도록 설계한 풍력발전기로, 같은 풍황 조건에서 정속형보다 많은 출력과 우수한 전력품질 등의 장점이 있지만, 정속형보다 전기 시스템이 복잡해 많은 전기 부품을 사용하는데에 따라 가격이 높다는 단점이 있음.

    PDF
  • 출력제어방식에 의한 분류

    - 출력제어방식에 따라 분류하면 “날개 각 제어형”과 “실속 제어형”으로 분류할 수 있음.
    - 날개 각 제어형은 날개 각도를 조정함으로써 회전속도와 토크를 제어하는 풍력발전기로, “받음 각”을 조정할 수 있기에 정격 풍속 이상에서 출력을 효율적으로 제어할 수 있어 최신 풍력 터빈에 필수적으로 탑재하는 설비임.
    - 실속 제어형은 일정 풍속 이상이 되면 날개 후면에서 와류 발생으로 양력이 급격하게 저하되는 실속 현상을 야기시켜, 날개 양력이 증가하지 않거나 감소되도록 하는 방식으로 터빈의 회전 속도를 제어하는 방식임.

    PDF
  • 전력사용방식에 의한 분류

    - 계통연계형 풍력발전기와 독립전원형 풍력발전기로 분류할 수 있음.
    - 계통연계형 풍력발전기는 풍력 터빈에서 생산한 전력을 국가 전력 계통망에 연결하여 전력을 공급하는 형식으로, 세부적으로 유도발전기와 동기발전기로 나눌 수 있음.
    - 독립전원형 풍력발전기는 전력을 사용하는 지역 근처에 발전기를 설치하여 전력을 독립적으로 활용하는 형식으로, 세부적으로 동기발전기와 직류발전기로 나눌 수 있음.

    PDF
  • 설치장소에 의한 분류

    - 육상 풍력발전기와 해상 풍력발전기로 분류할 수 있음.
    - 육상 풍력은 건설의 용이성, 높은 경제성의 특성 때문에 최근까지 국내외 대부분의 풍력발전단지를 육상에 건설했으나, 육상단지의 포화, 민원발생, 풍력효율 저하, 대형화의 한계성 등 건설상 제약요인이 많아 현재는 점차 해상풍력으로 이행하는 추세임.
    - 해상 풍력은 바다, 호수, 협강, 폐쇄 해안지역 등 물속에 풍력발전단지를 건설하여 전력을 생산하는 형식으로, 넓은 부지 확보, 적은 민원, 풍력발전기의 안전성과 효율성 측면에서 유리한 반면, 육상풍력보다 낮은 경제성 및 계통연계의 어려움 등의 단점이 있음.

    PDF
  • 공기역학적 방식에 의한 분류

    - 양력식 풍력발전기와 항력식 풍력발전기로 분류할 수 있음.
    - 양력식 풍력발전기는 양력을 이용하여 날개를 회전시키는 풍력터빈을 의미함.
    - 항력식 풍력발전기는 날개가 바람의 저항을 직접 받아 축을 회전시키는 풍력발전기를 의미함.

    PDF