풍력 에너지

 

풍력에너지 (Wind Energy)

 

 

 

 

 

 

1. 풍력에너지 개요

- 1891년 덴마크에서 전력공급원으로서 풍력에너지 이용이 시작됐다.

- 전 세계적으로 약47,317MW(2004년말)가 보급되어 있다.

- 풍력발전 기술의 성장 및 대형화,단지화를 통해 현재발전단가는 4c€/kWh까지 감소시킬 수 있다.

- 유럽이 시장을 선도하고 있으며, 미국과 아시아시장이 급속도로 팽창하고 있다.

- 독일, 스페인의 경우 전체전력의5%, 덴마크의 경우 전체 전력의20%를 풍력발전이 담당한다.

 

 

 

 

 

2.다각적 측면에서 바라본 풍력 발전

  1)풍력 에너지 잠재성

 

 

    - 가용성 측면에서 가장 풍부한 신 재생 에너지원이다.

 

 

 

 

2) 경제적 측면

 

 

 

 

 

         - 기술의 발달과 시장의 형성으로 발전단가는 지속적으로 낮아지고 있다.

         - 유럽의 경우 시장의 성숙으로 기존 화석연료와 경쟁 가능한 수준이다.

         - 신·재생에너지원 중 기존에너지원과 유일하게 가격경쟁력을 가진다.

 

 

 

 

 

 

2) 환경적 측면

 

 

 

 

- 풍력발전은 기후협약을 위해 필요한 필수 정책 중 한가지로서 CO2 저감에 매우 큰 효과가 있으며, 완성도 및 영향력이 큰 에너지 기술이다

- 유럽의 경우 풍력에너지를 통해 이미 5천만톤 이산화탄소 감소효과를 거둠 ⇒ 2010년까지 1억 9백만 톤 감소효과을 기대한다.

- 온실효과를 야기시키는 유해가스 배출량감소에 가장효과적인 방안으로 대두됨

        - 2040년 까지 약900억 톤의 CO2배출량 저감 효과를 기대한다.

 

 

 

 

 

 

3. 풍력 에너지 현황

   1) 국외 현황

 

- 유럽을 중심으로 성장했던 풍력발전시장은 최근 아시아와 북미시장에서 폭발적 성장으로 2005~8년 연평균 32.9% 성장했다.

- 2009년 세계 풍력시장은 금융위기 영향으로 전년대비 12.5% 성장한30.4GW 수준으로 전망되나, 이후 2013년까지 16~17% 고성장이 예상된다.

- 중국을 중심으로 아시아와 북미 시장의 성장이 빠르게 진행될 전망된다.

 

 

 

 

 

 

 

 

   2) 국내

 

- 2008년 9월 국내풍력발전규모는 278MW 수준이나 2012년까지 2,250MW규모로 확대될 전망으로 매년 500MW 수준으로 추가 증설될 전망이다.

 

- 주요 풍력발전단지는 강원도와 동해, 제주도를 중심으로 개발 되었으며, 수도권 및 서해안으로는 난지도와 새만금지대가 있다.

 

 

 

▲풍력 발전기 설치 현황

 

▲풍력발전기 설치 추진 현황

 

 

 

 

 

4. 풍력 발전기 시스템

1) 시스템 구성 : 풍력이 가진 에너지를 흡수, 변환하는 운동량변환장치, 동력전달장치, 동력 변환장치, 제어장치 등으로 구성된다.

 

          (1) 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 구성된다.

 

         (2)전기장치부

            발전기 및 기타 안정된 전력을 공급토록하는 전력안정화 장치로 구성된다.

 

         (3)제어장치부

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

- Yaw Control : 바람방향을 향하도록 블레이드의 방향조절

- Pitch Control : 날개의 경사각(pitch) 조절로 출력을 능동적 제어

- Stall(失速) Control: 한계풍속 이상이 되었을 때 양력이 회전날개에 작용하지 못하도록 날개 의 공기역학적 형상에 의한 제어

 

 

       (4) 부품 구성도

 

 

 

 

 

 

 

 2) 풍력발전기 시스템 종류

 

(1)시스템의 형태에 따라 수직축 풍력발전기(VAWT: vertical axis wind turbine)와 수평축 풍력발전기(HAWT: horizontal axis wind turbine)으로 구분된다.

 

 

 

1) 수직축 풍력발전기 :

- 로터의 형태에 따라 H-형과 다리우스형으로 분류된다.

- 1980년대 후반까지 연구개발이 활성화되었으나 상용화에는 실패한 것으로 알려져 있다.

 

2)수평축 풍력발전기 :

- 회전축이 바람의 방향에 대해 수평인 시스템으로 타워와 로터의위치에 따라 맞바람 형식(upwind type)과 뒷바람 형식(downwindtype)으로 구분된다.

- 수평축 풍력터빈은 또한 기어의 유무에 의해 분류되며, 기어박스에 따라 발전기의 종류가 결정된다.

 

 

(2)출력제어방식상 분류로 실속제어방식(stallregulated type)과 피치제어방식(pitch regulated type)으로 분류할 수도 있다.

 

(3) 전력사용방식상 분류로 계통연계(grid connected type)와 독립 및 복합운전(stand-aloneand hybrid type)으로 분류할 수도 있다.

 

 

 

 

 

 

(2) 해상 풍력 발전기

- 대단위 풍력발전단지의 건설은 육지에서는 한계로 인해 해상으로 이동하고 있는 추세이다.

 

   1) 장점

-해상풍력발전 시스템은 장애물감소로 풍속이 육지보다 20% 증가하여 출력이 40% 증가하는 장점이 있어 건설비용을 상쇄할 수 있다.

- 수십만 kW 출력이 가능한 대규모발전단지가 운영 가능하다.

- 육상의 부족한 부지문제 및 환경소음을 해결할 수 있고, 육상에서 이송하기 어려운 60m 이상의 대형발전기 날개를 이용할 수 있다.

 

 

  2) 단점

- 건설비용이 증가하고 유지보수 비용이 증가되며 시각적인 측면에서 영향을 줄 있다

- 건설기간이 상대적으로 오래 걸린다.

 

 

 

 

 

 

 

(3) 선진국 해상 풍력 발전기

 

  덴마크의 수도 코펜하겐에서 남쪽으로 150km를 달려 다다르게 되는 발틱 해상에 자리 잡은 이 곳 니스테드(Nysted) 해상 풍력단지(off shore windfarm)는 100% 무공해인 바닷바람으로 전기를 만들어 내다.이 곳에선 14만5000가구가 쓸 수 있는 전기를 생산 한다.

 

 

▲ 코펜하겐 남쪽의 발틱 해상에 자리 잡은 니스테드 해상 풍력장치

 

 

 

 

참고 문서 & 사이트

1. 국내 풍력발전산업의 전망과 경쟁력 분석(출판: 하나 금융그룹)

2. http://supersolar.com/iisub_2_4.html

3. http://blog.kairobot.co.kr

4. http://www.greenonblog.kr/blog/postview.asp?b_id=lumi00&idx=8909

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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