*복* 스토어

*복*

개인

팔로워0 팔로우

소개

등록된 소개글이 없습니다.

전문분야 등록된 전문분야가 없습니다.

판매자 정보

학교정보

입력된 정보가 없습니다.

직장정보

입력된 정보가 없습니다.

자격증

입력된 정보가 없습니다.

판매지수

판매중 자료수

1개
전체 판매량

7개
최근 3개월 판매량

0개
자료후기 점수

-
자료문의 응답률

-

전체자료 1개

풍력발전의 고찰

1. 개 요풍력 발전이란 공기의 유동이 가진 운동 에너지의 공기역학적(Aerodynamic) 특성을 이용하여 회전자(Rotor)를 회전시켜 기계적 에너지로 변환시키고 이 기계적 에너지로 전기를 얻는 기술이다. 풍력 발전기는 지면에 대한 회전축의 방향에 따라 수평형 및 수직형으로 분류되고, 주요 구성 요소로는 날개(Blade)와 허브(Hub)로 구성된 회전자와 회전을 증속하여 발전기를 구동시키는 증속 장치(Gear box), 발전기 및 각종 안전 장치를 제어하는 제어 장치, 유압 브레이크 장치와 전력 제어 장치 및 철탑 등으로 구성된다. 바람의 힘을 회전력으로 전환시켜 발생되는 전력을 전력계통이나 수요자에게 공급하는 기술이다. 즉 바람의 힘을 빌려 사용할 수 있는 전기로 바꿔 이용하는것 이것이 풍력발전의 원리이다.Fig 1. 풍력발전 기본 원리도2-1. 특징 및 시스템 구성? 풍력이 가진 에너지를 흡수, 변환하는 운동량변환장치, 동력전달장치, 동력변환장치, 제어장치 등으로 구성되어 있으며 각 구성요소들은 독립적으로 그 기능을 발휘하지 못하며 상호 연관되어 전체적인 시스템으로서의 기능을 수행한다.? 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.? 주) Gearless형은 Gearbox가 없다.? 전기장치부? 발전기 및 기타 안정된 전력을 공급하는 전력안정화 장치로 구성된다.? 제어장치부? 풍력발전기가 무인 운전이 가능토록 설정, 운전하는 Control System 및 Yawing &PitchingControler와 원격지 제어 및 지상에서 시스템 상태 판별을 가능케하는 Monitoring System 으로 구성된다.? 주) Yaw Control : 바람방향을 향하도록 블레이드의 방향을 조절 한다.? 주) 풍력발전 출력제어방식을 사용한다.? - Pitch Control? 날개의 경사각(Pitch) 조절로 출력을 능동적으로 제어한다.? - Stall(失速) Control? 한계풍속 이상이 되었을 때 양력이 회전날개에 작용하지 못하도록 날개의 공기역학적 형상에 의한 제어를 한다.Fig 2. [풍력 터빈의 내부구조(Geared Type)]2-2. 풍력발전 시스템 분류구조상 분류(회전축 방향)수평축 풍력시스템(HAWT) : 프로펠라형수직축 풍력시스템(VAWT) : 다리우스형,사보니우스형운전방식정속운전(Fixed roter speed type) : 통상 Geared형가변속운전(Variable roter speed type) : 통상 Gearless형출력제어방식Pitch(날개각) ControlStall(失速) Control전력사용방식계통연계(유도발전기, 동기발전기)독립전원(동기발전기, 직류발전기)표 1. 풍력발전 시스템 분류1)회전축방향에 따른 구분Fig 3. 수직축 발전기 Fig 4. 수평축 발전기? 풍력발전기는 날개의 회전축의 방향에 따라 회전축이 지면에 대해 수직으로 설치되어 있는 수직축 발전기와 회전축이 지면에 대해 수평으로 설치되어 있는 수평축 발전기로 구분한다.? 수직축은 바람의 방향에 관계가 없어 사막이나 평원에 많이 설치하여 이용 가능하지만소재가 비싸고 수평축 풍차에 비해 효율이 떨어지는 단점이 있다.? 수평축은 간단한 구조로 이루어져 있어 설치하기 편리하나 바람의 방향에 영향을 받음? 중대형급 이상은 수평축을 사용하고, 100㎾급 이하 소형은 수직축도 사용된다.2)운전방식에 따른 구분Fig 5. [Geared형 풍력발전시스템] Fig 6. [Gearless형 풍력발전시스템]기어형 및 기어리스형 특성? 기어형? 대부분의 정속운전 유도형 발전기기를 사용하는 풍력발전시스템에 해당되며 유도형 발전기기의 높은 정격회전수에 맞추기 위해 회전자의 회전속도를 증속하는 기어장치가 장착되어 있는 형태이다.? 증속기(Gear Box :적정속도로 변환)필요로 하나 Inverter 불필요하다.? 정속 : 발전기 주파수를 올려 한전계통에 적합한 60Hz로 맞춘다.? 대부분 정속운전 유도형 발전기 사용한다.? 유도형 발전기의 높은 정격회전수에 맞추기 위해 회전자의 회전속도를 증속하는 기어장치 장착한다.? 회전자→기어증속장치→유도발전기(정전압/정주파수)→한전계통? 기어리스형? 대부분 가변속 운전동기형(또는 영구자석형) 발전기기를 사용하는 풍력발전 시스템에해당되며 다극형 동기발전기를 사용하여 증속기어 장치가 없이 회전자와 발전기가 직결되는 Direct-drive 형태이다.? 가변속 : 한전계통 주파수와 맞지 않기 때문에 Inverter 필요하다.? 가변속운전 동기형(또는 영구자석형)발전기 사용한다.? 다극형 동기발전기를 사용하여 증속기어장치 없이 회전자와 발전기가 직결되는 Direct-drive 형태이다.? 발전효율이 높다.(단독 운전의 경우 많이 사용되나 유도발전기보다 비싸고, 크기도 큰 단점있음)? 회전자(직결)→동기발전기(가변전압/가변주파수)→인버터→한전계통Fig 7. 기어리스형의 구성도 Fig 8. 기어형의 구성도? 주) Hub : 블레이드가 모인 중심부분? 주) Nacelle : Gear box, Generator 등이 있는 구동실기어형 및 기어리스형 풍력시스템의 구성? 기어형? 회전자 →기어증속장치 → 유도발전기(정전압/정주파수) → 한전계통? 기어리스형? 회전자(직결)→동기발전기(가변전압/가변주파수)→인버터→ 한전계통기어형 및 기어리스형의 비교분석? 기어형? 장점? 저렴한 제작비용으로 고신뢰도의 동력전달계 구성이 가능하다.? 장기간의 기술적 노우하우와 경험을 바탕으로 신뢰도가 매우 높다.? 보편적 요소기술로서 어느 지역에서도 설계제작이 가능한 보편기술이다.? 유지보수가 용이하며 부분품의 교체로서 쉽게 성능유지가 가능하다.? 계통연계가 간편하고 용이한 기술적 특성을 지닌다.? 단점? 증속기어의 기계적 마모나 이에 따른 유지관리상의 문제가 야기 될 수 있다.? 기계적 소음발생의 원인이며, 고장발생의 주요원인이 될 수 있다.? 통상 전체시스템의 운전수명인 20년 보다 짧은 8∼10년이내의 운전수명을 지님으로서 유지관리 비용의 상승을 초래한다.? 저출력시 추가적인 보상회로에 의한 역률개선이 필요하게 된다.? 기어리스형? 장점? 증속 기어장치등 많은 기계부품을 제거할 수 있다.? 넛셀(Nacelle) 구조가 매우 간단 단순해져 유지보수상의 간편성이 증대 된다.? 증속기어의 제거로 기계적 소음의 획기적으로 저감 된다.? 역률제어가 가능하여 출력에 무관하게 고역률 실현이 가능하다.? 단점? 매우 크고 무거우며 제작비용이 많이 들어가는 다극형 링발전기가 필요하다.? 다극형 동기발전기 공극이 외기에 노출되어 염해나 먼지등의 부유물에 영향을 받을 수있으며, 전기적 절연성에 있어서의 안전성 확보가 절대 필요하다.? 중량이 큰 발전기를 외팔보 형태로 지지해야 하는 구조적 문제가 있다.? 장기적 입장에서 인버터등 전력기기의 신뢰도에 대한 검증이 되지않는다.? 인버터등 전력기기의 계통병입으로 고주파등이 발생할 가능성이 있다.? ※ 증속기종류 : 마찰원판, 벨트, 체인, 기어? Geared Type, 정속운전, 유도발전기에 사용한다.? 약 30rpm정도로 회전하는 풍차날개 끝의 속도는 음속의 2배이상을 넘기 때문에60HZ인 경우에 극수에 따라 1,200rpm에서 3,600rpm사이에서 회전하는 발전기와직접연결 된다면 시스템에 미치는 영향은 상상하기 힘들다.? 또한 발전기의 극수를 늘리면 발전기 회전수를 풍차날개의 회전수의 정도로 낮출수있지만, 발전기 회전자의 질량은 거의 토오크와 비례하기 때문에 발전기 무게가 매우무거워 지며, 극수가 늘어남에 따라 가격도 비싸진다.? 따라서 일반적으로 느린 회전수에 큰 토오크를 가진 풍력에너지를 빠른 회전수에 작은 토오크를 지닌 발전기에 사용하기 위해서는 동력전달장치로 증속기를 사용한다.? 소형 풍력발전기 : 마찰원판, 벨트, 체인, 기어를사용한다.? 기어타입 : 평기어를 많이 사용한다.? 대형 풍력발전기 : 치차를 많이 사용 한다.? 동력전달 효율이 좋으며, 내구성이 크다.? 기어타입 : 헬리컬기어(Helical gear) 많이 사용, 용량이 커짐에 따라 고속회전운동이 원활하고 충격에도 잘견디며, 소음이나 진동발생이 적다.3)풍력발전 출력제어방식? Pitch Control? 날개의 경사각(Pitch) 조절로 출력을 능동적으로 제어한다.(경사도 조절장치는 유압으로 작동. 장기간 운전시 유압장치실린더와 회전자간의 기계적 링크부분의 손상이 우려되며, 빠른 풍속변화시 순간적 피크발생으로 시스템손상이 우려된다.)? Stall(失速) Control? 한계풍속 이상이 되었을 때 양력이 회전날개에 작용하지 못하도록 날개의 공기역학적 형상에 의한 제어로 고효율 발전량생산 및 기계적 링크가 없어 유지보수가 수월하다. (피치각에 의한 능동적 출력제어가 불가능하여 과출력 가능성이 존재하며, 제동효율 좋지못하고 복잡한 공기역학적 설계가 필요하다.)2-3. 풍력 터빈의 제작과정Fig 9. 블레이드 제작과정 Fig 10.블레이드 조립과정Fig 11. 풍력 발전기 설치 과정 Fig 12. 풍력 발전기 설치 과정Fig 13. 블레이드 조립과정 Fig 14. 블레이드 조립과정2-4. 풍력 터빈의 사용형태1) Tip speedㆍTip Speed를 높이면 구동부하가 낮아 진다.⇒ 유지보수비용이 적어진다.ㆍTip Speed가 높아지면 소음도가 증가한다.⇒ Offshore에만 적용이 가능하다.2) 가변속 제어ㆍ우수한 전력품질ㆍ부하가 감소한다.(저 에너지 출력증가)ㆍ가변주파수에서 전기생산를 한다.ㆍConverter에 의해 계통연계 주파수로 변환한다.ㆍ형식속도범위 - 2.5 : 1 로 된다.ㆍ이중여자 유도발전기를 사용한다.ㆍ중량 및 크기를 줄일 수 있고 저속도에서도 발전이 가능하다.ㆍ저속도범위 - 1.5 ~ 2 : 1 로 된다.3)직접구동 발전기ㆍ기어박스 문제가 없다.ㆍ기어박스에 의한 손실이 없다

공학/기술| 2008.12.10| 12페이지| 1,000원| 조회(916)

블레이드, 풍력, 풍력발전기, 회전축, 회전날개

미리보기

닫기