풍력 발전의 미래

풍력 발전의 미래풍력 발전의 미래

김정택 문연진이으뜸 임동진전명원

INDEX

1. 서론

2. 국내 풍력 발전 보급 현황

3. 국외 풍력 발전 보급 현황

4. 풍력 발전 원리 및 구조

5. 앞으로의 추세

6. 결론

1. 서 론 왜 풍력발전인가 ?

화석 연료의 고갈에 대한 두려움→“에너지의 무기화”

무한한 에너지원

유가의 급등 , 기후변화 협약 규제 친환경적 에너지원

지역 에너지원으로의 유리함

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

2. 국내 풍력 발전 보급 현황

43%

19%

18%

9%

6%5%

독일미국스페인덴마크인도그외

3. 국외 풍력 발전 보급 현황 전세계 풍력 발전 비중 (2003 년 기준 )

• 대륙별로 유럽이 73% 차지

• 전체 유럽 전력의 2.4% 를 풍력이 담당

• 육상 풍력 포화로 해 상 및 해외 진출 모색

38%

16%

16%

8%

5%

2%2%

2%2%1%1%1%1%1%1% 3%

독일미국스페인덴마크인도네델란드이탈리아일본우크라이나중국오스트리아스웨덴그리스캐나다포르투갈그외

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

3. 국외 풍력 발전 보급 현황 해양 (Offshore) 풍력발전

해안에서 떨어진 10 여 m 깊이의 바다 위에 설치

스웨덴 , 덴마크등 유럽에서는 90 년대부터 시작하여 2000 년말 현재 총 88 기 ( 설치용량 86MW) 설치

국내에서는 서해안이 유망 후보지역


[ 덴마크 Tuno 해양단지 ] [ 덴마크 Middelgrunden 해양단지 ]

수직축 풍력 발전기

장점 Nacelle, 발전기 지상 에 설치 바람 방향에 관계없 이 운전 가능

단점 저효율 자가 시동 불가능 넓은 면적 요구



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

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

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4. 풍력 발전 원리 및 구조 나셀 (nacelle)

풍력발전기의 심장부 로터에서 얻어진 회전력을 전기로 변환하는 모든 장치

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

4. 풍력 발전 원리 및 구조2) Gearless type nacelle

Gear 제거로 인한 비용 절감 가능 Gear 손실 감소로 효율 증가 발전기 자체가 크고 가격이 높음

4. 풍력 발전 원리 및 구조3) 요잉 (yawing) 시스템

풍향 변화로 인한 요에러 대응 및 긴급 상황시 로터 회전 속도 감속

요에러 (yaw error) : 로터 회전면과 풍향이 수직이 되지 않아 에너지

활용도가 떨어지는 현상

3. 풍력 발전 원리 및 구조4) 발전기 (generator)

로터의 회전력으로 전기를 발생 발전 효율 , 전기 품질을 결정하는 중요 요소

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

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

4. 풍력 발전 원리 및 구조 타워 (Tower)

풍력 발전기를 지탱해주는 구조물 타워 10m 당 약 15000$ 의 비용 소모

강파이프식 격자구조 Guyed Pole 혼합형

4. 풍력 발전 원리 및 구조 땅의 거칠기와 발전기 높이

4. 풍력 발전 원리 및 구조 풍력과 출력의 관계식 (베츠 , A. Betz)

출력계수의 최대값 : 0.59 풍속이 10 % 감소하면 출력은 30 % 감소

23

2 4p

DP C v

p

: rotor blade diameter

C : power coefficient

v : wind velocity

D

DeWind社의 D6(1MW)


허브 (hub) 회전축 (rotor shaft)

• 허브 (hub) : blade 에 가해지는 bending moment

때문에 주조 제작• 회전축 (rotor shaft) : 베어링에 의해 고정됨


기어박스 (gear box) 브레이크 (rotor brake)

• 기어박스 (gear box) : 회전축에서 입력된 회전수를 발전

에 적합한 회전수로 전환• 브레이크 (rotor brake) : disk 방식 사용


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


5. 앞으로의 추세

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

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 )

풍력 발전의 미래

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