풍력 발전의 모든 것 - 풍력 발전 설비의 구성

풍력발전설비의 구성기기

풍력발전설비는 풍력에너지를 기계적인 에너지로 변환하기 위한 블레이드와 허브, 이들을 조합한 로터, 발전기에 동력을 전달하기 위한 전달축, 증속기, 발전기 제어 장치를 내장한 나셀과 같이 다수의 구성 기기가 존재합니다.

 

풍력 발전기의 본체 이외에는 발전한 전력의 주파수나 전압을 조정하여 안정 전원으로 변환하는 파워 컨디셔너(인버터), 장거리의 송전을 실시하기 위해 고전압으로 변환하는 변압기 등 송전부에서도 다수의 기기가 필요합니다.

 

이하 풍력 발전의 본체가 되는 풍차를 구성하는 기기의 특징을 설명합니다.

 

 

블레이드

풍차의 날개 부분을 블레이드라고 합니다. 자연스럽게 불고 있는 바람을 받아들이는 풍차의 주요 부품이며 블레이드의 크기가 그대로 발전량에 비례합니다.

 

블레이드의 매수로 회전수를 제어할 수 있는 것이 특징으로 블레이드의 매수가 적으면 회전 속도가 빨라져 소음이 발생하는 원인이 됩니다. 현재의 프로펠러형 풍차에 있어서의 주류는 3장의 날개를 조합한 것입니다. 블레이드의 재질은 유리 강화 플라스틱이 많이 적용되고 있습니다.

 

블레이드는 클수록 많은 바람을 받을 수 있기 때문에 대형 발전기일수록 블레이드 사이즈가 커집니다. 정격 출력이 메가와트급인 대형 풍차의 블레이드는 직경 60m 가량 되는 대형 풍차입니다. 게다가 3메가와트급의 풍력 발전소는 직경 100m의 거대 풍차입니다.

 

허브

블레이드를 고정하는 부분으로 블레이드에서 받은 풍력 에너지에 의한 회전력을 발전기의 로터 축부에 전달합니다. 허브에는 블레이드의 회전 속도를 제어하기 위한 기구가 탑재되어 있습니다.

 

피치각을 제어하는 ​가변 피치 제어 기구, 블레이드의 방향을 풍향에 맞추어 회전시키는 요 구동 기구 등을 포함한 고기능 풍차도 있습니다.

 

허브에 의해 속도 조절이 불가능하면 태풍의 매우 강한 풍속으로 블레이드가 회전했을 경우 회전력을 견디지 못하고 블레이드가 부러져 낙하하는 사고로 이어집니다. 블레이드 길이가 수십 미터나 되는 대규모 풍차에서는 블레이드 파손에 의한 피해가 심해져 주변 환경에 미치는 영향도 커지기 때문에 매우 위험합니다.

 

발전기

로터에서 발생한 풍력 에너지를 전기 에너지(전력)로 변환합니다. 블레이드의 회전 속도와 블레이드의 크기에 따른 용량의 발전기가 선정됩니다. 크기 수십 센티미터의 소형 풍차는 발전량 3kW 정도로 매우 작지만 블레이드 길이가 30m를 넘는 대규모 풍차에서는 발전량은 1,000kW를 넘습니다.

 

내연 기관에서 구동하는 발전기는 엔진과 발전기를 조합한 동기 발전기가 사용되지만 풍력 발전용 발전기는 바람에 의해 현저하게 변동되는 발전 특성에 맞추어 주파수 제어가 불필요한 유도 발전기가 적용되고 있습니다.

 

나셀 (Nacelles)

풍력발전용 기둥이나 타워의 상부에 설치하는 풍력발전설비의 심장부입니다. 증속기라고 불리는 블레이드의 회전을 발전기의 발전 속도로 변환하는 장치가 내장되어 있습니다. 증속기는 기어 박스라고도 불립니다.

 

기어 박스 외에 전력을 생성하기 위한 발전기 제어나 피치 제어를 제어하기 위한 제어 장치 등 발전기의 심장부라고도 할 수 있는 중요한 장치가 설치되어 있어 풍차의 몸체를 구성하고 있습니다. 여기에 전력 케이블이나 통신 케이블을 접속하고 발전한 전력을 송전하거나 발전에 필요한 정보를 통신 케이블로 수집합니다.