바람은 가장 흔한 자연현상 중 하나이며, 태양이 지구 표면을 고르지 않게 가열하여 생기는' 기류' 이다. 흐르는 공기의 운동 에너지를 풍력이라고 한다. 따라서 풍력은 넓은 의미의 태양열이다. 세계기상기구 (WMO) 와 중국 기상청 기상과학연구소에 따르면 지구에서 이용할 수 있는 풍력자원은 200 억 킬로와트로 지구에서 이용할 수 있는 물의 20 배에 달한다. 우리나라 육지 10m 고도는 풍력 2 억 5300KW 를 이용할 수 있고, 해상에서 사용할 수 있는 풍력은 육지의 3 배, 50m 고도는 풍력의 2 배, 풍력자원은 10m 높이의 2 배, 풍력자원은 매우 풍부하다.
풍력은 기술이 성숙하고 개발 이용 전망이 넓은 재생에너지 중의 하나이다. 풍력의 이용에는 풍력발전, 풍력제수, 풍력난방과 돛조항도 포함된다. 따라서 풍력 에너지의 개발과 활용은 전 세계 과학기술자들에게 큰 매력을 가지고 있어 전 세계 많은 과학자들이 풍력 에너지 이용 연구에 몰두하게 되었다. 이 글은 국내외 풍력 발전 기술의 현황과 발전 추세에 대해 토론할 것이다.
풍력발전 기초 편집 이 단락 1 풍력의 계산 공식.
공기 운동은 운동 에너지를 가지고 있다. 풍력은 바람의 운동 에너지를 가리킨다. 풍력기 잎바퀴의 단면면적이 A 인 경우, 풍속이 V 인 바람이 잎바퀴를 통과할 때 단위 시간 내에 잎바퀴에 전달되는 풍력은
(1) 여기서 단위 시간당 질량 유량 m=ρAV(2) 실제 (3) 에서:
PW- 풍력 에너지, 즉 풍력 에너지 전력은 공기가 초당 풍력 터빈 잎바퀴의 단면적, W 를 통과합니다.
Cp--임펠러의 풍력 에너지 이용 계수;
Hm- 기어 박스 및 변속기 시스템의 기계적 효율은 일반적으로 0.80-0.95 이고 직접 구동 풍력 발전기는1.0 입니다.
He-발전기 효율, 일반적으로 0.70-0.98;
R--공기 밀도, kg/m3;
A- 풍력 터빈 잎바퀴가 한 번의 회전에서 쓸어간 면적, M2;
V- 풍속, 미터/초.
2 베이츠 이론
풍력 터빈에 관한 첫 번째 전체 이론은 독일 괴팅겐 연구소의 A. 베이츠가 1926 년에 건립한 것이다.
베이츠는 풍륜이 이상적이라고 가정한다. 즉 허브가 없고, 베인의 수가 무한하며, 기류가 풍륜을 통과하면 저항이 없다. 그래서 이것은 순수 에너지 변환기입니다. 또한 공기 흐름이 풍륜의 전체 스윕면에서 균일하며, 공기 흐름 속도의 방향은 풍륜을 따라 앞뒤로 또는 풍륜을 통과할 때의 축이라고 가정합니다.
유동 공기에 배치된 "이상적인" 풍륜을 분석하여 풍륜이 생성하는 최대 동력은 다음과 같습니다
(4) 그 중: PMAX-풍륜이 생성할 수 있는 최대 전력;
--공기 밀도, 킬로그램/입방 미터;
A- 풍력 터빈 잎바퀴가 한 번의 회전에서 쓸어간 면적, M2;
V- 풍속, 미터/초.
이 표현식을 베이츠 공식이라고 합니다. 풍속이 풍차축 방향과 일치한다고 가정하면 전체 풍륜의 표면을 고르게 한다.
방정식 (4) 을 공기 흐름으로 나누면 A 시 바람의 운동 에너지를 통해 팬의 이론적 최대 효율을 얻을 수 있다.
베츠 이론의 한계치. 이는 풍력 발전기가 자연풍에서 얻은 에너지가 제한되어 있으며, 그 전력 손실은 후류에 남아 있는 회전 운동에너지로 해석될 수 있음을 보여준다.
에너지의 전환은 전력의 감소를 초래할 수 있으며, 전력의 감소는 사용되는 풍력 발전기와 발전기의 유형에 따라 달라집니다. 따라서 풍력 터빈의 실제 풍력 에너지 이용 계수 CP
3 온도, 대기압 및 공기 밀도
실험장의 주변 온도와 대기압력은 온도계와 기압계로 측정되며 공기 밀도는 다음과 같이 계산됩니다.
형식 중: ρ--공기 밀도, kg/m3;
H--지역 대기압, pa;
T-온도, ℃입니다.
공기 밀도 공식에서 볼 수 있듯이 공기 밀도는 대기 압력과 온도와 관련이 있습니다.
4 풍력 터빈의 주요 부품
1) 소형 풍력 터빈
소형 수평축 풍력 발전기의 주요 부품은 풍륜, 발전기, 타워, 스티어링 메커니즘, 에너지 저장 시스템, 인버터 등이다.
(1) 풍륜
풍륜은 풍력기가 바람으로부터 에너지를 흡수하는 부분으로, 기류의 운동 에너지를 풍륜이 회전하는 기계 에너지로 변환하는 역할을 한다. 수평축 풍력 터빈의 회전자는 1~3 개의 블레이드로 구성됩니다. 나뭇잎의 구조는 다양하다. 재료는 팬의 모델과 전력 (예: 목심 유리강 블레이드, 유리강 수지 블레이드 등) 에 따라 달라진다.
(2) 발전기
풍력 터빈에는 DC 발전기, 동기 AC 발전기, 비동기 AC 발전기 등 세 가지 발전기가 있습니다. 소형 풍력 발전기는 동기식 또는 비동기식 AC 발전기를 많이 사용하며, 생성된 AC 는 정류 장치를 통해 DC 로 변환됩니다.
(3) 탑
타워는 발전기와 조향기구를 지탱하는 데 쓰인다. 풍속이 지면에서 높아지면서 탑이 높을수록 풍력발전기 단위 면적에서 포착되는 풍력이 많아지지만 비용과 설치 비용도 증가하기 때문이다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 바람명언)
(4) 스티어링 메커니즘
수직축 풍력 터빈은 어떤 방향으로든 불어오는 바람을 받아들일 수 있으므로 매커니즘으로 돌릴 필요가 없습니다. 수평축 풍력 터빈의 경우 풍력 에너지 사용 효율을 극대화하기 위해 회전자의 회전면이 항상 풍향을 맞추려면 풍력 장치가 필요합니다. 일반적으로 사용되는 스티어링 매커니즘은 주로 꼬리타, 스티어링 휠, 전기 풍력 장치입니다.
(5) 속도 제한 메커니즘
풍속이 풍력 터빈의 설계 풍속보다 높을 때, 날개가 손상되지 않도록 풍력 터빈의 속도를 제어해야 한다.
(6) 에너지 저장 장치
에너지 저장 장치는 독립적으로 작동하는 소형 풍력 발전기에 매우 중요하다. 에너지 저장 방법에는 열 저장 및 화학 에너지 저장이 포함됩니다.
(7) 인버터
DC 를 AC 전기 장비의 요구 사항을 충족하기 위해 AC 로 변환하는 데 사용됩니다.
2) 대형 풍력 터빈
대형 풍력 발전기는 공압기계 부분과 전기 부분의 두 부분으로 구성되어 있다. 공압 기계 부분에는 풍륜, 저속 축, 기어 박스 및 고속 축이 포함되며, 이는 발전기 회전자를 구동하고 풍력을 기계 에너지로 변환하는 역할을 합니다. 전기 부분에는 비동기 발전기, 전력 전자 주파수 변환기, 변압기 및 전력망이 포함되며, 이는 기계 에너지를 일정한 주파수의 전기 에너지로 변환하는 데 사용됩니다. 최근 몇 년 동안 직속 변속 일정 주파수 풍력 발전기 그룹 (무속 기어 박스) 이 성공적으로 개발되었다.
풍력 발전기 및 풍력 기술 편집 이 단락 1 풍력 발전기 및 풍력 발전 기술의 역사
풍력은 인류가 가장 먼저 이용하는 에너지 중의 하나이다. 일찍이 기원전 2000 년 이집트 페르시아 등에서 범선과 풍차가 출현했고, 중세의 네덜란드와 미국은 가로축 풍차를 관개와 배수에 사용했다. 중국은 세계에서 가장 먼저 풍력 에너지를 이용하는 나라 중 하나이다. 일찍이 1800 년 전, 중국에는 풍력제수 기록이 있었다. 1890 년 덴마크의 P Lacour 는 성공적인 풍력 발전기를 개발했고 1908 년 덴마크는 수백 개의 소형 풍력 발전소를 건설했다. 1960 년대 초부터 60 년대 말까지 일부 국가의 풍력 에너지 자원 개발은 아직 소규모 이용 단계에 있다.
대형 수력, 화력 발전소 채택 및 전력 시스템 발전으로 1970 이전에 개발된 중대형 풍력 발전기는 비용이 높고 신뢰성이 떨어지면서 점차 도태되고 60 년대 말 모두 가동을 중단했다. 이 단계의 실험 연구에 따르면, 이 중대형 기계들은 기술적으로 보편적으로 가능하여 70 년대 말의 대발전을 위한 토대를 마련했다.
1980 이후 풍력 발전기 기술은 전 세계적으로 점점 상업화되고 있습니다. 주 단위 용량은 300kW, 600kW, 750kW, 850kW, 1MW, 2MW 입니다. 199 1 년, 덴마크는 문덕비에 세계 최초의 해상 풍력장을 건설하여 1 1 덴마크 가산 450kW 독립기로 구성되어 총 설치 용량 4.95MW 로 구성되어 있다.
현재 해상 풍력 발전 설비의 상용화 생산 능력을 갖춘 업체는 덴마크 Vestas (통합 NEG-Micon 포함), 미국 GE 풍력, Nordex, Repower, Pfleiderer/Prokon, 독일 Bonus, 독일의 유명 Enercon 이다 독립 실행형 정격 전력 범위는 2MW, 2.3MW, 3.6MW, 4.2MW, 4.5MW 에서 5MW 까지입니다. 임펠러 지름은 80m, 82.4m, 100m, 1 10m,11입니다
두 가지 유형의 풍력 터빈
풍력 터빈은 풍력을 전기로 바꾸는 장치이다. 풍력 발전기의 종류가 다양하기 때문에 분류도 많다. 블레이드 수에 따라 단일 블레이드, 이중 블레이드, 3 블레이드, 4 블레이드 및 다중 블레이드가 있습니다. 장축과 지면의 상대적 위치에 따라 수평축과 수직축 (수직축) 으로 나뉩니다. 블레이드의 작동 원리에 따라 리프트 유형과 저항 유형이 있습니다. 현재 풍력 발전기의 삼엽 수평축에는 여러 가지 유형이 있다.
수평축 풍력 발전기, 풍륜의 회전축은 풍향에 평행합니다. 수직축 풍력 발전기, 풍륜의 회전축은 지면이나 기류 방향에 수직이다.
국내외 풍력 발전 현황 편집자. 이 단락 1 세계 풍력 발전 현황.
현재, 세계 40 여 개국의 육지와 해상이 중대형 풍력발전기를 연결하고 있으며, 풍력이 다른 전원보다 빠르게 증가하는 추세가 계속되고 있다. 표 1 에서 알 수 있듯이 2005 년 2 월 말 현재 전 세계 설치 용량은 58,982MW 에 달했고 연간 설치 용량은113100 입니다 풍력은 전 세계 전기의 1% 를 차지하며, 일부 국가와 지역은 20% 이상에 달한다. 2005 년 전 세계 풍력 누적 설치 용량이 가장 큰 10 개국이 표 2 에 나와 있다. 상위 10 개국은 총 5 1750.9MW 로 전 세계 총 설치 용량의 87.7% 를 차지한다.
2005 년 국제 풍력 시장 점유율의 다양성은 지속적인 발전 추세를 보이고 있다: 1 1 국가는 7 개 유럽 국가 (독일, 스페인, 이탈리아) 를 포함한 1 000MW 보다 설치 용량이 높다. 아시아는 전 세계 풍력 발전의 원동력이 되어 48% 의 성장률을 기록하고 있다.
2002 년 유럽풍력협회 (EWEA) 와 녹색평화기구는' 풍력 12' 라는 보고서를 발표해 2020 년 풍력이 세계 전력 12% 에 달하는 청사진을 그려냈다. 보고서는 이 서류가 예측이 아니라 세계 풍력 자원, 세계 전력 수요 및 전력망 용량 증가, 풍력 시장의 발전 추세와 잠재성장률, 원자력 및 대형 수력 등 기타 전력 기술과의 비교, CO2 등 온실가스 수요 감소 등에서 풍력이 세계 전력 12% 에 이를 가능성을 입증했다고 지적했다. 이 보고서는 또한 2020 년 중국 풍력 설치 용량이 654.38+0 억 7 천만 킬로와트에 이를 수 있다고 지적했다.
2 중국 풍력 발전 현황
국립기상연구원에 따르면 우리나라 육지 10 미터 고도 풍력 이론 개발량은 32 억 kW 로 실제 개발량은 2 억 53 억 kW 로 추산된다. 해상 풍력 에너지의 개발량은 육상 풍력 매장량의 3 배이다.
내몽골 실제 채굴량은 0.618 억 kW 입니다.
티베트의 실제 채굴량은 4080 만 킬로와트이다.
신강의 실제 채굴량은 3430 만 킬로와트이다.
청해의 실제 채굴량은 2420 만 킬로와트이다.
흑룡강의 실제 채굴량은 0. 1.72 억 kW 입니다.
2005 년 대만성을 제외하고 중국은 풍력 터빈 592 대를 새로 추가했고, 설치 용량은 50 만 3 천 킬로와트였다. 2005 년 신규 설치 용량 증가율은 2004 년 신규 설치 용량 654.38+09 만 8 천 킬로와트에 비해 254% 입니다.
2005 년 말 현재 중국은 대만성을 제외한 누적 풍력 발전기 1.864 대, 설치 용량 1.266 만 킬로와트, 풍력장 62 개. 15 개 주 (시, 자치구, 특별행정구) 에 분포되어 있으며 설치 용량 순위에 따라 표 3 에 나와 있습니다. 2005 년 누적 설치 용량 증가율은 2004 년 76 만 4 천 킬로와트의 누적 설치 용량에 비해 65.6% 였다. 2005 년 풍력 인터넷 접속 전력은 약 654.38+0 억 5 천 3 백만 KW H [9] 였다.
중국' 11-5' 국가과학기술지원계획 중대프로젝트인' 고전력 풍력 발전기 개발 및 시범' 은 2.5MW 이상 1.5~2.5MW 이중 급전속도 일정 주파수 풍력 발전기 개발을 지원합니다. 1.5~2.5MW 이상 직접 구동 변속 일정 주파수 풍력 터빈 개발: 1.5MW 이상 풍력 터빈 블레이드, 기어 박스, 이중 급전 발전기, 직접 구동 영구 자석 발전기 개발 및 산업화 1.5MW 이중 급전 풍력 발전기 제어 시스템 및 변류기, 직접 구동 풍력 발전기 제어 시스템 및 변류기 개발 및 산업화 해상 풍력장 건설의 핵심 기술 연구: 해상 송풍기 설치 유지 관리 전용 설비 개발 대형 풍력 터빈 관련 표준 개발 및 풍력 기술 발전 분석 등 16 과제 연구. "115" 말까지 중국 풍력기술의 자주연구개발 능력은 세계 선두 수준에 근접할 것이다.
소형 풍력 터빈 3 개
소형 풍력 터빈 산업 현황
농촌 재생 에너지의 주요 기둥 중 하나로 소형 풍력 산업은 2005 년에 큰 발전을 이루었고, 70 개 부서가 소형 풍력 산업의 개발, 연구 및 생산에 종사하고 있다. 23 개 생산업체 통계에 따르면 2005 년 * * * 30kW 이하에서 독립적으로 운영되는 소형 풍력 발전기 33253 대가 전년 대비 34.4% 증가했으며, 그 중 200W, 300W, 500W 는 24 123 대를 생산해 24123 대를 생산했다. 15 대 * * * 수출소형 풍력발전기 5884 대, 전년 대비 40.7% 증가, 수출창출환 282 만 7 천 달러, 주로 필리핀 베트남 등 24 개국을 수출한다. 그리고 휘발유 디젤 등유 가격이 급등하면서 공급 채널이 원활하지 않아 내륙 지역, 강과 호수, 어선, 변방초소, 부대, 기상역, 마이크로웨이브 역 등 디젤 발전기를 사용하는 사용자가 점차 풍력 발전기나 풍광 보완 발전 시스템으로 전환하고 있다.
소형 풍력 터빈 산업의 발전 추세
1) 농부와 목축민의 생활수준이 높아져 전력이 증가하고 소형 풍력기의 단독전력이 계속 증가하면서 50W 는 더 이상 생산되지 않고 100W 와 150W 단위 생산량은 해마다 줄어들고, 200W
2) 농민들이 지속적으로 전기를 사용하기를 원하기 때문에' 풍광상보발전시스템' 의 보급 응용이 눈에 띄게 빨라져 여러 단위의 조합으로 발전하면 향후 일정 기간 발전 방향이 될 것이다.
3) 국가재생에너지법과 재생에너지산업지도카탈로그가 제정됨에 따라 다양한 보조조치와 조세우대정책이 출범하면서 생산기업의 생산 적극성을 높이고 산업발전을 촉진할 것으로 보인다.
4) 현재 우리나라에는 여전히 2 만 8000 개 마을, 700 만 가구, 2800 만 명이 전기를 사용할 수 있고, 외진 산간, 농목구, 재래식 전기망에 거주하고 있어 도착하기 어렵다. 전문가 분석에 따르면 700 만 명의 무전기 사용자 중 300 만 가구가 마이크로수전을 이용해 전력 문제를 해결할 수 있고, 400 만 가구가 소형 풍력발전이나 풍광보완 발전을 이용해 농목민의 전력 수요를 충족시킬 수 있다고 분석했다.
집중 풍력 터빈
농축 풍력형 풍력발전기는 내몽골 농업대학교 신에너지기술연구소가 개발해 중국 실용 신안 특허 (특허 번호: ZL94244 155.9) 를 획득했다. 이런 유형의 풍력 발전기는 집중풍력장치를 통해 희박한 풍력을 가속화하고, 정류하고, 균일화한 후 잎바퀴를 회전시켜 풍력의 에너지 밀도를 높이고, 자연풍의 난류를 줄이고, 풍력의 불안정성을 개선하고, 풍력의 품위를 높이고, 풍력비용을 낮춘다. 이 풍력 발전기는 접속 풍속이 낮고, 발전량이 크며, 소음이 낮고, 안전성이 높고, 수명이 길며, 킬로와트시 비용이 낮은 특징을 가지고 있다.
농축 풍력형 풍력발전기는 독립적으로 운행할 수 있고, 풍광이 상호 보완적이며, 멀티머신 네트워킹이 가능하며, 저압 전력망에 통합될 수 있다. 현재 200W, 300W, 600W, 1kW, 2kW 등 다양한 장치를 포함한 다양한 제품이 개발되었습니다. 시험을 거쳐 농축 풍력형 풍력 발전기는 중대형 기체로 발전할 수 있다. 이 풍력 신기술 은 중국 과 전 세계 의 응용 을 효과적 으로 풍력 시스템 의 전력 수준 과 품질 을 효과적 으로 이용 하 고 저급 풍력 에너지 를 효과적 으로 이용 해 풍력 제품 의 경쟁력 을 높 아 중요 한 경제 효익 과 생태 환경 효익 이다.
결론
향후 20 년 동안 풍력 산업은 세계에서 가장 빠르게 성장하는 산업이 될 것이며, 풍력 기술도 고속 발전의 황금시대로 접어들 것이다. 중국에서는, 계통 연계 풍력기의 설치 용량 증가율이 현저히 빨라져 세계가 주목하게 될 것이다. 그물형 풍력기의 발전 분야는 광범위하고 잠재력이 크며, 총 설치 용량은 결국 연결형 풍력기를 능가할 것이다.