풍력 발전의 미래

1. 풍력 발전의 미래 김정택 문연진 이으뜸 임동진 전명원

2. INDEX • 서론 • 국내 풍력 발전 보급 현황 • 국외 풍력 발전 보급 현황 • 풍력 발전 원리 및 구조 • 앞으로의 추세 • 결론

3. 1. 서 론 • 왜 풍력발전인가? • 화석 연료의 고갈에 대한 두려움→“에너지의 무기화” • 무한한 에너지원 • 유가의 급등, 기후변화 협약 규제 • 친환경적 에너지원 • 지역 에너지원으로의 유리함

4. 2. 국내 풍력 발전 보급 현황 • 국내 풍력에너지 잠재량 • 잠재량 : 1,069 TWh/year • 가용자원 : 93 TWh/year • 풍력 발전기 보급 현황 • 현재 108 기 보급 : 발전용량 약 100 MW • 영덕 풍력발전단지 : 24 기 x 1.65 MW • 평창 회계 풍력발전단지 : 14 기 x 2 MW • 두 곳에서 국내 풍력발전의 68% 담당

5. 2. 국내 풍력 발전 보급 현황

6. 2. 국내 풍력 발전 보급 현황

7. 3. 국외 풍력 발전 보급 현황

8. 3. 국외 풍력 발전 보급 현황 • 전세계 풍력 발전 비중(2003년 기준) • 대륙별로 유럽이 • 73% 차지 • 전체 유럽 전력의 • 2.4% 를 풍력이 담당 • 육상 풍력 포화로 해 • 상 및 해외 진출 모색

9. 3. 국외 풍력 발전 보급 현황 • 세계 시장에서 각국의 시장 점유율(2003년 기준)

10. 3. 국외 풍력 발전 보급 현황 • 해양(Offshore) 풍력발전 • 해안에서 떨어진 10여m 깊이의 바다 위에 설치 • 스웨덴, 덴마크등 유럽에서는 90년대부터 시작하여 2000년말 현재 총 88기(설치용량 86MW)설치 • 국내에서는 서해안이 유망 후보지역

11. 3. 국외 풍력 발전 보급 현황 [덴마크 Tuno 해양단지] [덴마크 Middelgrunden 해양단지]

12. 4. 풍력 발전 원리 및 구조 • 수직축 풍력 발전기 • 장점 • Nacelle, 발전기 지상 에 설치 • 바람 방향에 관계없 이 운전 가능 • 단점 • 저효율 • 자가 시동 불가능 • 넓은 면적 요구

13. 4. 풍력 발전 원리 및 구조 • 수평축 풍력 발전기 • 장점 • 타워에 의한 풍속 손 실 없음 • 풍속 변동에 따른 피 로하중, 소음 적음 • 단점 • 요잉 시스템 필요 • 로터와 타워 충돌을 고려한 설계 요구

14. 4. 풍력 발전 원리 및 구조 • 로터 블레이드(rotor blade) • 바람이 가진 에너지를 회전력으로 변환 • 출력은 sweep area(= )와 비례 • Blade 길이가 길수록 효율 증가 • 피치 각도 조절을 통해 출력 제어

15. 4. 풍력 발전 원리 및 구조 • 나셀(nacelle) • 풍력발전기의 심장부 • 로터에서 얻어진 회전력을 전기로 변환하는 모든 장치

16. 4. 풍력 발전 원리 및 구조 1) Geared type nacelle • 낮은 회전수의 로터와 높은 회전수의 발전기 사이를 기어로 연결 • 경제성 우수, 정속 회전 가능 • 대부분의 풍력 발전기에 적용되는 형태

17. 4. 풍력 발전 원리 및 구조 2) Gearless type nacelle • Gear 제거로 인한 비용 절감 가능 • Gear 손실 감소로 효율 증가 • 발전기 자체가 크고 가격이 높음

18. 4. 풍력 발전 원리 및 구조 3) 요잉(yawing) 시스템 • 풍향 변화로 인한 요에 러 대응 및 긴급 상황 시 로터 회전 속도 감속 • 요에러(yaw error) : 로터 회전면과 풍향이 수직이 되지 않아 에너지 활용도가 떨어지는 현상

19. 3. 풍력 발전 원리 및 구조 4) 발전기(generator) • 로터의 회전력으로 전기를 발생 • 발전 효율, 전기 품질을 결정하는 중요 요소

20. 4. 풍력 발전 원리 및 구조 - 동기 발전기 • 로터의 회전속도와 자기장의 회전속도 동일 • 평균 풍속이 일정한 곳에만 설치 • 정전시에도 단독 발전 가능 • 발전기 자체의 가격이 높음

21. 4. 풍력 발전 원리 및 구조 • 유도 발전기 • 1500 rpm 이상의 속도에서 회전자에 강한 전류가 유도되는 성질을 이용 • 신뢰성이 좋고 구조가 간단하여 가격 저렴 • 기어를 사용해 1500 rpm 항상 유지해야 함

22. 4. 풍력 발전 원리 및 구조 • 타워(Tower) • 풍력 발전기를 지탱해주는 구조물 • 타워 10m당 약 15000$ 의 비용 소모 강파이프식 격자구조 Guyed Pole 혼합형

23. 4. 풍력 발전 원리 및 구조 • 땅의 거칠기와 발전기 높이

24. 4. 풍력 발전 원리 및 구조 • 풍력과 출력의 관계식(베츠, A. Betz) • 출력계수의 최대값 : 0.59 • 풍속이 10 % 감소하면 출력은 30 % 감소

25. 4. 풍력 발전 원리 및 구조 • DeWind社의 D6(1MW)

26. 4. 풍력 발전 원리 및 구조 허브(hub) 회전축(rotor shaft) • 허브(hub) : blade에 가해지는 bending moment • 때문에 주조 제작 • 회전축(rotor shaft) : 베어링에 의해 고정됨

27. 4. 풍력 발전 원리 및 구조 기어박스(gear box) 브레이크(rotor brake) • 기어박스(gear box) : 회전축에서 입력된 회전수를 발전 • 에 적합한 회전수로 전환 • 브레이크(rotor brake) : disk 방식 사용

28. 4. 풍력 발전 원리 및 구조 발전기(generator) 유압장치(hydraulics) • 발전기(generator) : 효율을 높이기 위해 두 가지의 회전 • 속도를 가진 발전기 설치 • 유압장치(hydraulics) : 브레이크나 팁 스포일러 사용시 • 유압의 힘 이용

29. 5. 앞으로의 추세

30. 5. 앞으로의 추세

31. 6. 결론 • 대체에너지의 필요성 • 하나의 대안으로서 풍력에너지 • 환경적 요구 • 국내 풍력발전 전망 • 뒤늦은 시장 진입으로 기술력 미흡 • 기술과 산업에 대한 전망 불투명 • 현재 진행중인 프로젝트의 성과여부가 관건

32. 참고 자료 • 논문 : 김종민, Institut für Luft- und Raumfahrt, Technische Universität Berlin • 웹사이트 : http://www.kwedo.or.kr/ (Korea Wind Energy Development Organization, 산업자원부) http://www.kemco.or.kr/ (에너지관리공단)