풍력발전은.어떤 원리로 전기를 생산할 수 있는 것인지 궁금합니다

Question

우리가 일상생활에서 가장 필요한 에너지는 거의 전기로 사용을 하는데 이런 전기를 만들 수 있는 장치 중에 풍력발전은 어떤 원리로 전기를 생산하는 것인지 궁금합니다

Answer 1

안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.

풍력발전의 원리는 바람의 운동에너지를 회전에너지로 변환하고, 이를 발전기에서 전기에너지로 바꾸는 것입니다.

즉, 블레이드가 바람을 받아 회전할 때 회전 운동 에너지가 만들어 지면 증속기를 통해 초기의 저속 회전을 발전용 고속 회전으로 전환하여 회전 운동 에너지를 증폭시키고, 증폭된 회전 운동 에너지는 발전기를 거쳐 전기에너지로 변환되는 것입니다.

Answer 2

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

풍력발전기는 세 가지 주요 부분으로 구성됩니다. 첫 번째는 회전하는 날개인 로터입니다. 바람에 의해 로터가 회전하면 그 움직임은 제너레이터로 전달됩니다. 제너레이터는 두 번째 주요 부품으로, 회전하는 운동 에너지를 전기 에너지로 변환합니다. 마지막으로, 전기 에너지는 전력망을 통해 우리 가정이나 공장 등에서 사용됩니다.

로터는 일반적으로 대형 날개 2~3개로 구성된 회전하는 구조물로, 바람이 날개에 닿아 회전하면 이를 전기 에너지로 변환합니다. 제너레이터는 로터에서 전달된 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 부품으로, 회전자와 스테이터라는 두 개의 부품으로 구성됩니다. 회전자는 로터와 연결되어 회전하는 부분으로, 자석이 부착되어 있습니다. 반면, 스테이터는 정지한 부품으로, 회전자 주변에 자석이 부착되어 있습니다. 회전자와 스테이터 사이를 회전하면서 자석이 서로 만나면, 전기장이 발생하고 전기 에너지를 생산합니다.

풍력발전기는 지속적인 바람이 필요하므로, 발전소 위치는 바람이 자주 불어오는 지역에 설치됩니다. 풍속이 높을수록 로터의 회전 속도가 빨라지므로, 더 많은 운동 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있습니다. 또한, 풍속이 일정 수준 이상일 때만 발전기가 작동하도록 설계되어 있습니다.

Answer 3

안녕하세요. 김태헌 과학전문가입니다.

풍력이 가진 에너지를 흡수, 변환하는 운동량변환장치, 동력전달장치, 동력 변환장치, 제어장치 등으로 구성

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 제어장치로 구성

전기장치부

발전기 및 기타 안정된 전력을 공급토록하는 전력안정화 장치로 구성

제어장치부

풍력발전기가 무인 운전이 가능토록 설정, 운전하는 Control System 및 Yawing & Pitching Controller와 원격지 제어 및 지상에서 시스템 상태 판별을 가능케하는 Monitoring System으로 구성

주) Yaw Control : 바람방향을 향하도록 블레이드의 방향조절

주) 풍력발전 출력제어방식

Pitch Control

날개의 경사각(pitch) 조절로 출력을 능동적 제어

Stall(失速) Control

한계풍속 이상이 되었을 때 양력이 회전날개에 작용하지 못하도록 날개의 공기역학적 형상에 의한 제어

Answer 4

안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.

풍력발전기는 타워와 날개 그리고 회전축, 주축, 발전기, 증속기, 전력변환장치로

이루어져 있습니다. 바람이 날개의 표면을 지나가는 순간에 양력이라는

것이 생기게 됩니다. 여기서 양력이란 기체나 액체 속에서 운동을 하는 물체에

그 운동방향과 수직으로 작용하는 힘이라고 할 수 있습니다.

​

이것으로 인해서 발전기가 돌아가게 되고, 여기서 만들어진 회전운동에너지가 발전기를

지나가게 되면서 전기에너지로 바뀌게 되는 것입니다. 그리고 그 에너지가

변전소로 들어가고 우리들이 활용할 수 있는 에너지가 됩니다.

Answer 5

안녕하세요. 김민규 과학전문가입니다.

풍력발전은 이름 그대로 바람을 이용하여 전기에너지를 생성하게 됩니다.

바람으로 인해 돌아가는 풍차의 운동에너지를 이용하여 전기를 생성하게됩니다.