넥스트에스 | NEXT S

풍력발전의 개념

바람이 가진 운동에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 방식으로 무한한 에너지원으로 자원 고갈의 염려가 없음
3MW 풍력발전기 1기로 1,870가구에 전력이 공급가능함과 동시에 발전기 실점유 면적이 적어 부지활용성이 증대되고전력생산과정에서의 오염물질 배출이 없음

출처 : 한국 에너지 공단 신·재생에너지 센터

풍력발전의 원리

바람에 의해 블레이드가 회전하면서 이와 연결된 회전축의 기계적 에너지를 통해 발전기가 전기에너지로 변환하는 원리

STEP 01

블레이드 Blade

STEP 02

증속기 Gearbox

STEP 03

발전기 Generator

STEP 04

변전소 및 수용자 Substation

풍력발전기의 구조 및 구성

풍력발전 터빈의 구성으로 Blade(블레이드),Shaft(축),Gear Box(증속기),Generator(발전기),Nacelle(나셀),Yaw Drive, Motor(요잉 시스템),Pitch(피치 시스템),Brake(브레이크),Controller(컨트롤러),Tower(타워)으로 구성되어있다.

출처 : “Onshore and Offshore Wind Energy : An Introduction”, Lynn. P.

타워(Tower)	풍력발전기를 지지해주는 구조물
블레이드(Blade)	바람에너지를 회전운동에너지로 변환
허브(Hub)시스템	주축과 블레이드를 연결
회전축(Shaft), 주축(Main shaft)	블레이드의 회전운동에너지를 증속기 또는 발전기에 전달
증속기(Gearbox)	주축의 저속회전을 발전용 고속회전으로 변환
발전기(Generator)	증속기로부터 전달받은 기계에너지를 전기에너지로 전환
요잉시스템(Yawing System)	블레이드를 바람방향에 맞추기 위하여 나셀 회전
피치시스템 (Pitch system)	풍속에 따라 블레이드 각도 조절
브레이크(Brake)	제동장치
Control System	풍력발전기가 무인 운전이 가능하도록 설정, 운영
Monitoring System	원격지 제어 및 지상에서 시스템상태 판별

풍력발전기의 분류

수평축 풍력발전기

Horizontal Axis Wind Turbine

날개가 1~4개까지 다양하지만 현재 발전용으로는 날개가 3개인 '프로펠러형'을 가장 많이 사용
효율이 높고 타워가 높아지면 양진의 풍향자원 획득이 가능하나 풍향의 영향을 받음
구조가 간단하고 설치가 용이함
블레이드 전면을 바람 방향에 맞추기 위해 나셀을 360° 회전시키는 요잉 (Yawing)장치가 필요

수직축 풍력발전기

Vertical Axis Wind Turbine

풍향의 영향이 적고 유지보수 접근성이 우수하나 효율이 낮음
바람의 방향에 영향을 받지 않아 요잉(Yawing)장치가 불필요
에너지 변환 효율이 수평축 풍력발전기에 비해 낮아 주로 소형 풍력발전기에 사용

풍력발전기 내부 형태

구분	기어드 타입	기어리스 타입
구분
특징	회전자의 회전속도를 높여주는 증속 기어장치가 장착되어 있는 타입	증속 기어장치 없이 회전자, 발전기가 직결되는 direct-drive 타입
장점	가볍고 운송이 용이함 상대적으로 적은 설치비(5MW급 이하일 경우)	높은 발전효율 유지보수 부담 완화
단점	효율 절감 및 고장 위험 기어 유지보수 부담	가격 상승 대형 발전기로 인한 운송 제약

단, 해상풍력에서는 제약 없음
이미지 출처 : 한국풍력문화재단