풍력 발전의 모든 것 - 풍력 발전 설계시 주의할 점

풍력발전설비 설계의 주의점

풍력발전설비를 설계할 경우 문제점을 이해한 후 클레임이나 사고가 발생하지 않도록 계획하여야 합니다. 풍력의 큰 문제점은 소음과 발전 품질 두가지입니다.

 

풍차의 진동 대책

풍력발전설비를 계획할 경우 원칙적으로 지상 설치로 하고 가능한 한 건물에의 고정을 피하여야 합니다. 옥상 등에서 풍차를 건물 몸체에 지지 고정하면 프로펠러의 회전에 의한 진동 소음이 건물 내부에 전파되어 거주자로부터의 클레임 문제가 발생할 우려가 있습니다.

 

정격 출력이 1kW 정도의 소형 풍차에서도 태풍시와 같이 강한 바람이 불어 컷아웃에 이르지 않는 고속 회전이 발생하면 큰 진동과 소음을 발생시킵니다. 풍속에 의해 발전량이 상승하는 것이 풍력 발전의 특징이지만 발전을 정지하는 컷아웃은 20~25m/s로 설정되어 있어 너무 강한 바람이 불면 브레이크가 걸려 블레이드가 회전하지 않습니다.

 

풍속 20m/s를 약간 하회하는 풍속에서는 블레이드가 고속 회전하여 큰 전력을 발전하지만 큰 소음이 동시에 발생합니다. 소음은 공기 전파와 몸체 전파를 수반하며 프로펠러가 회전하여 고주파음이 발생합니다. 방진 고무 등에 의해서 몸체로부터 절연하여 건물에 진동을 전달하지 않도록 대책이 필요합니다.

 

주택이 근처에 있는 장소에 풍력발전설비를 설치한 사례에 있어서는 심야에 프로펠러 회전음에 의해서 잠을 잘 수 없다는 클레임이나 저주파음에 의해 몸이 이상하다는 클레임이 빈번하게 발생하고 있어 자연 에너지에 의한 사회 문제로도 번질 수 있습니다.

 

자연 에너지를 이용한 발전 장치로서 풍력 발전 외에 태양광 발전 설비가 있지만 이것은 발전시에 소음을 발생시키는 일이 없습니다. 풍력 발전은 발전시에 큰 소음이 수반되기 때문에 소음의 억제가 중요한 과제가 되고 있습니다.

 

풍황 조사에 의한 풍속 확보 확인

풍차 설치 장소의 풍황 조사는 풍력 발전 계획에서 가장 중요합니다. 풍황에 따라 연간 예측 발전량이 크게 좌우되기 때문에 풍력발전설비를 설치하는 지역의 평균 풍속과 바람의 방향 등을 충분히 파악할 필요가 있습니다.

 

건물에 풍차를 설치하면 빌딩풍에 의해 풍차에 닿아야 하는 바람이 흐트러집니다. 풍황 조사에 나타난 풍량을 얻을 수 없을 우려가 있으면 발전 효율의 악화로 이어집니다. 애초에 국내의 평균적인 풍속인 3~4m/s에서는 정격전력 1kW의 풍력발전설비를 설치해도 수십 와트의 발전량 밖에 기대할 수 없는 것이 실정입니다.

 

다수의 프로펠러 풍차를 인접하지 않습니다.

풍력발전설비를 인접하여 다수 설치하는 계획의 경우 풍차들 간의 이격거리를 충분히 확보하는 것이 중요합니다. 프로펠러형의 풍력발전의 경우에는 더욱 고려가 필요합니다.

 

복수의 프로펠러 풍차를 인접하여 배열하면 하나의 프로펠러 풍차가 바람을 받아 회전을 시작하면 그 풍차 근처의 바람의 방향이 바뀝니다. 근처에 프로펠러형 풍차가 있으면 난해한 바람의 영향으로 적정하게 블레이드를 회전시키지 못하고 발전 효율이 악화됩니다.

 

너무 강한 풍속에 대한 보호 기능

풍력발전설비는 너무 강한 바람을 받으면 블레이드가 파손됩니다. 실제로 파손된 사례가 적지 않습니다. 바람의 힘으로 풍차를 회전시켜 회전 운동을 발전기에 전달해 발전하기 때문에 바람이 너무 강하면 에너지가 과대해지고 허브나 로터부가 고장나거나 손상을 받을 가능성도 높아집니다.

 

풍력에너지는 바람을 받는 면적에 대해 풍속의 3승에 비례한 에너지를 만들어 냅니다. 바람을 받는 블레이드 면적이나 공기의 밀도가 일정한 경우 풍속이 2배가 되면 풍력 에너지는 8배가 됩니다.

 

바람이 강할수록 큰 발전량을 확보할 수 있기 때문에 바람이 강할수록 효율이 오르기 때문에 좋다고 생각하기 쉽지만 실제로는 3~20m/s 정도의 풍속이 풍차를 안전하게 운용할 수 있는 범위입니다.

 

태풍 등 풍속 25m/s를 넘는 돌풍을 받았을 경우 블레이드의 회전이 안전 속도를 넘은 속도가 되어 허브나 로터 부분이 손상되거나 본체가 날아갈 위험성이 있기 때문에 너무 강하므로 바람이 불어도 회전하지 않는 보호 장치가 필요합니다.

 

통상 풍차는 컷아웃이라고 불리는 발전할 수 있는 풍속의 최대치가 정해져 있습니다. 너무 강한 바람을 받는 경우 풍차가 파괴되지 않도록 블레이드의 방향을 바꾸거나 브레이크를 거는 기구가 작동하도록 만들어져 있습니다. 강풍은 큰 발전량을 얻을 수 있지만 풍차 본체의 파손과도 직결되며 풍속 25m/s가 그 경계입니다.