발전이란(풍력)1-정의

■풍력발전

 

●풍력발전설비란?

 

풍력 발전 설비는 바람에 의한 에너지를 프로펠러에 전달하여 회전시킴으로써 기전력을 발생시키는 발전 방식이다. 풍력을 이용함으로써 화석연료를 사용하지 않고 풍력이라는 무진장한 에너지의 이용이라는 점에서 이산화탄소 발생량의 삭감이 기대되고 있다.

바람은 태양열의 온도차에 의해 발생하는 현상이며, 광의적인 의미로 하면 태양열 이용 에너지라고도 할 수 있다. 종래부터 바람을 이용한 설비는 많이 있어, 바람을 받고 진행하는 범선이나, 바람으로 풍차를 회전시켜 제분을 실시하는 등으로 이용되어 왔다.

풍력에 의한 에너지는, 태양열을 얻을 수 있는 한 존재하는, 무진장으로 발생하는 재생 가능 에너지이며, 이산화탄소나 배기 가스가 발생하지 않고, 깨끗한 발전 설비로서 주목받고 있다. 바람 운동 에너지의 40% 정도를 전기 에너지로 변환할 수 있는 고효율 시스템이 확립되어 있어 안정된 바람을 얻을 수 있는 환경이면 발전 설비로 이용할 수 있다.

 

◆풍력발전의 보급의미

풍력발전설비를 포함한 자연에너지를 이용한 발전설비의 도입이 진행됨으로써 화석연료의 연소와 원자력자원을 이용한 발전설비를 조금이라도 삭감하고 환경부하의 저감을 도모하고 발전설비 의 다양화에 의한 에너지의 안정적인 공급이 목적으로 된다.

 

 

◆자연 에너지 분야의 고용 촉진

신기술을 개발하고 에너지의 안정공급이 가능해지면 그 에너지를 발전하는 설비를 신조하고 운용·관리하는 기업이 필요하기 때문에 신규시장이 개척되어 고용촉진으로 이어진다. 높은 경제효과가 얻어지면, 경쟁에 의한 설비비용의 저하도 전망할 수 있기 때문에, 보다 저렴한 에너지 생산을 기대할 수 있다.

 

◆비상 전원으로 활용

풍력발전은 태양광발전과 비교해 풍풍의 발전 때문에 안정된 전원이 되지 않는다. 그러나 축전지와 조합하여 전력을 저장하면 재해시의 비상 사태라도 전력 공급이 가능할 가능성이 있다.

분산 전원의 구축은 스마트 그리드의 기본이기도 하며, 태양광 발전, 풍력 발전, 연료 전지나 축전지 등을 조합하여 자립형의 에너지 이용이 가능하다.

 

 

●풍력발전설비의 종류와 특징

풍력발전을 행하기 위한 풍차는, 레시프로 비행기와 같은 프로펠러를 가지는 것과, 수직으로 비틀린 형상의 것 등, 발전량이나 소음의 대소에 따라 다수의 종류가 있다.

풍차의 형상은 다수 있고, 프로펠러형, 사보니우스형, 다리우스형, 네덜란드형 등이 대표적이다. 각각의 프로펠러 형상에 따라, 발전 효율이나 바람을 포착하는 성능, 소음치 등이 달라져, 설치 장소나 용도에 맞추어 선정한다.

풍력발전설비에는 수많은 문제점이 있다. 풍력발전은 에너지의 발생이 안정되지 않고, 대용량의 발전을 기대하기 위해서는 매우 큰 로터나 블레이드를 설치해야 한다.

바람이 불지 않는 시간은 전혀 발전하지 않기 때문에, 발전 시간이 불규칙하고, 지역에 따라 변동이 크기 때문에, 각종 축전지에 축전해, 바람의 대소에 관계없이 안정된 방전을 실시한다, 라고 하는 사용 방법이 아니면 , 피크 컷 용도로 사용할 수 없다.

프로펠러의 회전음이 소음 문제가 되는 사례도 많고, 프로펠러에서 발생하는 저주파음은 인근에 사는 사람들에게 저주파에 의한 소음공해를 줄 가능성이 있다. 고속으로 회전하는 프로펠러는 조류의 동물과 접촉 할 우려가있어 주변 생태계를 파괴 할 수 있습니다.

수많은 단점을 감안한 경우 개인 유스로 풍력발전설비를 도입하는 장점이 적으면 제안이나 검토를 하지 않는다는 판단도 필요하다.

 

◆수평축형 풍력발전설비(프로펠러형)

풍력 발전 설비의 풍차 선정으로서 가장 많이 보급되고 있는 것은 프로펠러형의 것이다. 3장의 날개(블레이드)에 의해 바람을 포착해 회전 동력을 낳는다. 발전 효율이 좋고, 저풍속에서도 자기 기동이 가능하고, 블레이드를 크게 하면 1,000kW를 넘는 대출력의 발전 장치를 계획할 수도 있다.

자연적으로 발생하는 「바람」은, 지상으로부터 높을수록 강하게 불어오는 특성이 있으므로, 풍차의 설치 위치는 가능한 한 높게 하는 쪽이 발전량은 유리해진다. 풍차에 의해 취득할 수 있는 에너지는, 풍차의 수풍 면적에 비례하므로, 큰 풍차만큼 큰 발전량을 기대할 수 있다.

500kW급의 대형 발전기 프로펠러의 블레이드 폭은 30m 이상의 매우 큰 형상이 되어 있어, 타워 부분과 맞추면 높이 100m를 넘는다.

프로펠러형 발전기는 몇 가지 단점이 있다. 수평 방향으로 흐르는 바람을 받아 프로펠러를 회전시키는 기구이기 때문에, 풍향 제어를 하지 않으면 효율적으로 발전할 수 없고, 복잡한 기구를 통합할 필요가 있다.

블레이드가 고속으로 회전하면 주변에 소음 피해를 줄 수도 있다. 소음은 풍절음 외에 진동을 건물에 전달하는 것도 생각할 수 있으며, 옥상에 설치한 풍차의 진동이 몸체 전파로 건물 내부에 전달되는 것도 우려되어 소음 피해가 될 우려가 있다.

발전 장치가 블레이드의 중심 부분 부근에 있기 때문에, 점검이 곤란하다는 것도 문제점의 하나이다. 발전기 등 중요한 점검 대상이 고소에 있기 때문에 점검 비용이 높다는 단점도 있다.

블레이드는 일정 속도로 회전하고 있기 때문에 비행하는 조류가 접촉하는 사고도 우려된다. 「버드 스트라이크」라고 불리는 사건이며, 풍차의 하부에 다수의 조류가 낙하하고 있다고 하는 사안도 있어, 자연 환경의 악화를 초래한다고 비난되기도 한다.

 

◆수직축형 풍력발전설비(사보니우스형)

가로등에 병설된 소형 풍차로서 사보니우스형 풍력 발전 설비도 널리 보급되고 있다. 구동부를 수직축으로 함으로써, 풍향에 영향을 받지 않고 구동부를 회전시켜 발전할 수 있다. 만곡된 원통에 바람이 닿으면 한쪽은 바람을 보충하고, 다른 한쪽은 바람을 흘리는 것으로 한 방향의 회전 에너지가 탄생한다. 사보니우스 형 풍차는 바람 에너지의 "항력"을 전기 에너지로 변환합니다.

풍향의 제어가 불필요하기 때문에, 어떤 방향으로부터의 바람이라도 안정된 발전을 할 수 있는 것이 이점으로, 도심부 등 풍향이 바뀌기 쉬운 환경에 적합하다.

사보니우스 풍차는 회전 속도가 느리고 구동음이 거의 발생하지 않기 때문에 소음을 고려해야 하는 조건에서도 유리하다. 이것도 도심부에서의 설치에 적합한 특성이다. 그러나 발전 효율은 그다지 높지 않고 수십에서 수백 와트 정도밖에 발전할 수 없다.

1대당의 출력이 작고, 대출력을 바랄 수 없지만, 미풍으로도 포착하여 회전하는 기동성의 장점, 어느 방향으로부터의 바람에서도 회전하기 때문에 풍향 제어가 불필요하다는 점, 발전기가 지상 근처에 있는 것의 메인터넌스성의 장점 등으로부터 「환경 계발」을 목적으로, 가로등의 일부에 짜넣어 설치되는 사례가 많은 제품이다.

발전 효율이 나쁘고 수십 와트밖에 발전하지 않기 때문에, 사보니우스 풍차로 발전한 전력으로 모터 등을 운전시키는 것은 곤란하다. 부하가 소형 조명만이라면, 사보니우스 풍차에 의한 전력만으로 점등시키는 것도 기대할 수 있지만, 많은 메이커는 풍력 발전에만 의존하지 않고, 태양광 패널을 병설해, 또한 축전지도 짜넣은 상품을 제공해 있습니다. 풍력 발전만으로는 며칠 바람이 불지 않는 날이 계속되면 불점등이 되기 때문에 조명기구로서의 성능을 만족할 수 없기 때문이다.

사보니우스형의 풍차를 채용하는 경우, 발전 설비로서의 성능을 요구하는 것이 아니라, 환경 계발용의 모뉴먼트적인 용도라고 생각하면 된다. 발전 효율을 중시하는 것은 발전 설비로서의 성능을 요구한다면, 사보니우스형이 아닌 「프로펠러형」의 풍차를 선정하는 것이 바람직하다.

 

◆수직축형 풍력발전설비(다리우스형)

세로 방향으로 구부러진 날개가 바람을 보충하고 회전하는 풍차를 다리우스 풍차라고합니다. 설치 비용이 작고 풍향에 관계없이 발전 할 수 있기 때문에 풍향 제어기구가 불필요하다.

발전기가 지상에 설치되기 때문에 발전기가 고장난 경우의 점검·수리가 용이하다는 운용상의 이점이 있다. 설치 비용이 저렴하고 강풍에서도 소음이 작다는 장점으로 도심부에서의 설치에도 견딜 수 있다.

사보니우스 풍차보다 고효율이지만 프로펠러형 풍차보다 발전 효율이 낮다는 중간적인 발전 능력을 가지고 있다.

다리우스 풍차는 자력으로 회전 시동할 수 없기 때문에 다른 풍차를 이용하여 전력을 공급하거나 전력 회사로부터 전력을 공급할 필요가 있다. 바람만으로 시동을 시작하지 않기 때문에 시동 장치가 필요하다는 단점이 있습니다.

장기간, 소정의 풍속을 얻을 수 없으면, 전력을 소비할 뿐이기 때문에, 장기에 걸쳐 안정된 풍속이 얻어지는 환경이 아니면 채용할 수 없다.