소형 풍력 터빈 소개
1. 소형 풍력 터빈 사용 조건
소형 풍력 터빈은 일반적으로 풍력 자원이 풍부한 지역에서 사용해야 합니다. 즉, 연간 평균 풍속은 3m/s 이상이고, 연간 유효 풍속 3~20m/s의 누적 횟수는 3000h 이상이며, 연간 평균 유효 풍력 에너지 밀도는 3~20m/s입니다. 100W/m2 이상. 풍력 터빈을 사용하기로 결정할 때는 이를 인지하고 실명을 피해야 합니다. 그래야만 지역 풍력 자원을 최대한 활용하고 풍력 터빈의 효율성을 극대화하며 더 높은 경제적 이익을 얻을 수 있습니다.
풍력 자원이 풍부한 지역에서는 정격 설계 풍속이 지역 최고 설계 풍속과 일치하는 풍력 터빈을 선택하는 것이 가장 좋습니다. 이것이 달성될 수 있다면 풍력 터빈 선택과 풍력 자원 활용이라는 경제적 측면 모두에서 큰 의미가 있을 것입니다. 풍동 테스트에서는 풍차의 변환 출력이 풍속의 세제곱에 비례한다는 사실이 입증되었습니다. 즉, 풍속이 출력에 가장 큰 영향을 미친다는 사실이 입증되었습니다. 예를 들어 정격 설계 풍속이 8m/s인 풍력 터빈을 국부 최적 설계 풍속이 6m/s인 지역에 설치하면 연간 정격 출력은 원래 설계 출력의 42%에 불과합니다. 즉, 풍력발전기의 정격 출력이 설계치 대비 58% 감소하였다. 선택한 풍력 터빈의 정격 설계 풍속이 더 높으면 정격 전력 출력 효과가 더욱 만족스럽지 않습니다. 그러나 풍력 터빈의 정격 설계 풍속은 상대적으로 낮고, 풍차와 모터의 직경은 상대적으로 커지며, 그에 따라 전체 기계의 비용도 증가한다는 점도 지적해야 합니다. 이는 제조 및 제품 경제 관점 모두에서 비경제적입니다.
2. 소형 풍력 발전기 사용에 대한 일반 요구 사항
현재 소형 풍력 터빈은 배터리를 사용하여 에너지를 저장하고 가전 제품에 사용되는 전기는 배터리로 제공됩니다. 따라서 전기를 사용할 때의 일반적인 원칙은 배터리가 방전된 후 풍력 터빈을 통해 제때에 배터리를 보충할 수 있다는 것입니다. 즉, 배터리에 충전되는 전기량과 가전제품이 소비하는 전기량이 대략 동일해야 합니다(보통 일수로 계산). 다음은 이 문제를 설명하는 예입니다. 특정 지역에서 풍력 터빈이 사용되고, 정격 풍속 출력 전력은 IOOW입니다. 특정 날짜의 해당 지역의 정격 풍속에 해당하는 바람의 부는 시간은 다음과 같습니다. 연속 4시간, 풍력 터빈의 일일 출력 및 배터리에 저장된 에너지는 400Wh입니다. 납축전지의 변환효율이 70%인 것을 고려하면 사용자 가전이 실제로 사용할 수 있는 에너지는 280Wh이다. 사용자가 사용하는 전기 제품에는 다음이 포함됩니다.
(1) 15W 전구 2개, 4시간 사용 시 에너지 소비량은 120Wh입니다.
(Z) 35W TV 1개, 3시간 동안 사용하면 에너지 소비량은 105Wh입니다.
(3) 15W 라디오 카세트 플레이어를 4시간 동안 사용하면 60Wh의 에너지를 소비합니다.
위의 총 에너지 소비량은 285Wh입니다.
이러한 방식으로 전기 제품의 일일 총 에너지 소비량은 풍력 터빈에서 제공하는 에너지를 5Wh 초과합니다. 이는 소위 "지불" 전력 소비량입니다. 정전 상태에서 작동하는 배터리. 이런 상태로 전기를 장기간 사용하면 배터리의 소모와 손상이 심해 수명이 단축됩니다.
위의 예는 정격 풍속에서의 풍력 터빈의 전력 소비를 가정한 것입니다. 실제로 바람의 가변성과 간헐적 특성으로 인해 바람의 크기(풍속)와 그 차이가 발생합니다. 부는 시간(풍속빈도). 따라서 가전제품을 사용할 때에는 바람이 좋을 때는 전력을 많이 사용하고, 바람이 나쁠 때는 전력을 적게 사용하는 것이 좋습니다. 이를 위해서는 사용자가 이를 사용할 때 자신의 경험을 주의 깊게 요약해야 합니다.
또한 자격을 갖춘 지역과 사용자는 바람이 나쁠 때 배터리를 충전하여 배터리가 중단 없이 전원을 공급할 수 있도록 킬로와트급 디젤 발전기 세트를 준비할 수 있습니다.
3. 소형 풍력 터빈의 합리적인 매칭
소형 풍력 터빈에서 생성된 전기 에너지는 먼저 배터리에 저장된 다음 배터리가 가전 제품에 전력을 공급합니다. 따라서 풍력 터빈 전력과 배터리 용량의 합리적인 매칭, 바람이 없는 기간 동안 에너지 저장 등의 문제를 신중하고 과학적으로 고려해야 합니다.
현재 소형 풍력 터빈과 배터리의 용량은 일반적으로 입력과 출력이 동일하거나 입력이 출력보다 크다는 원칙에 따라 일치합니다.
즉, 100W 풍력 터빈은 120Ah 배터리(60Ah 2개)와 일치하고, 200W 풍력 터빈은 120-180Ah 배터리(60Ah 또는 90Ah 2개)와 일치합니다. 120Ah 2개), 750W 풍력 터빈은 240Ah 배터리(120Ah 2개)와 일치합니다. 1000W 풍력 터빈은 360Ah 배터리(120Ah 3개)와 일치합니다.
실습에 따르면 일치하는 배터리 용량이 풍력 터빈의 에너지 요구 사항을 충족하지 않으면 다음과 같은 문제가 발생합니다.
(1) 배터리 용량이 너무 큰 경우 , 풍력 터빈은 방출되는 에너지로 인해 배터리가 적시에 완전히 충전되도록 보장할 수 없으므로 배터리가 종종 전력 손실 상태에 놓이게 됩니다. 배터리 수명을 단축합니다. 또한, 배터리 용량이 크고 이에 따라 가격과 사용비용이 증가하여 경제적으로 불필요한 낭비를 초래하게 된다.
(2) 배터리 용량이 너무 적으면 배터리가 과충전 상태가 되는 경우가 많습니다. 충분한 충전으로 인해 풍력 터빈이 정지되면 풍력 터빈의 작동 효율이 심각한 영향을 받습니다. 배터리를 장기간 과충전하면 배터리가 조기에 손상되고 수명이 단축됩니다.
또한 소형 풍력발전기의 합리적인 매칭과 가전제품의 매칭도 무시할 수 없는 아이템이다. 전기 제품을 선택할 때 배터리와 풍력 터빈의 매칭 원리도 따라야 합니다. 즉, 옵션 전기 기기가 소비하는 에너지는 풍력 터빈의 에너지 출력과 일치해야 합니다. 다만, 매칭 지표는 '에너지'를 강조하는 것이지 전력과 혼동해서는 안 된다는 점을 지적할 필요가 있다. 전기 제품을 선택할 때 전압 요구 사항에도 주의를 기울여야 합니다. 현재 소형 풍력 터빈 배전함에는 12V, 24V 및 TV용 특수 소켓이 장착되어 있으므로 사용자가 해당 전압 값을 선택해야 합니다. TV는 TV 소켓에 구체적으로 연결되어야 합니다.
AC 전원 장비를 사용하는 경우 배터리의 DC 전원을 전압 220V, 주파수 50Hz의 AC 전원으로 변환하기 전에 전력 요구 사항을 충족할 수 있는 "인버터"를 준비해야 합니다. 그것은 사용될 수 있습니다.
제2절 소형풍력발전기 설치장소 선정
소형풍력발전기 설치장소 선정은 매우 중요하다. 고성능 풍력발전기는 바람이 없으면 작동하지 않고, 성능이 낮은 풍력발전기는 설치 장소를 잘 선택하면 제대로 작동합니다. 소형 풍력 터빈의 부지 선정 조건은 매우 복잡한 요소를 포함하고 있습니다. 미국 등 일부 국가에서는 풍력 터빈 부지 선정에 관한 논문을 발표했습니다. 원칙적으로는 연중 바람이 매우 강하고 난기류가 적은 곳을 가장 좋은 곳으로 생각해야 하지만, 때로는 그러한 곳을 선택하기 어려울 때도 있습니다.
수치는 다음과 같습니다: 연평균 풍속은 3m/s 이상, 누적 유효 풍속 3~20m/s는 3000h 이상, 연평균 유효 풍력 에너지 밀도는 3~3m/s입니다. 20m/s는 100W/m2 이상입니다. 첫 번째 조건이 충족되는 한 소형 풍력 터빈은 경제적으로 실행 가능한 것으로 간주될 수 있습니다.
2. 현장은 상대적으로 안정적인 우세 풍향을 가지고 있어야 합니다. 풍향은 빈도가 가장 높은 풍향을 말하며, 기상학에서는 일반적으로 16가지 방향으로 표현한다(그림 4-1). 각 방위각 화살표의 길이와 개수는 해당 풍향의 평균 풍속을 나타내며 시각적으로 풍향을 그릴 수 있습니다(그림 4-2).
풍배도를 보면 우세풍향은 남서풍(평균풍속 11.7m/s), 남남서풍(평균풍속 11.5m/s), 북동풍임을 알 수 있다 (평균 풍속 5.9m/s). 우리나라는 장마가 강한 나라로, 계절에 따라 풍향이 변합니다. 부지 선정 시 우세한 풍향이 보다 안정적이 되어 지형의 유리한 영향을 쉽게 고려할 수 있기를 바랍니다.
3. 팬 높이 범위 내의 "윈드 시어"는 작아야 합니다(윈드 시어는 작아야 함). "윈드 시어"는 짧은 거리 내에서 풍속과 방향의 큰 변화를 의미합니다. 그림 4-3은 평평한 산 능선 정상에서의 윈드시어를 보여주고 있으며, 그림의 그림자 영역은 기류분리로 인해 풍속이 감소하는 것을 보여주며, 분리영역의 상부는 강한 전단영역이다. . 이 그림자 영역에 팬을 설치하면 블레이드가 불균등한 바람으로 회전하고 블레이드의 하중이 고르지 않게 됩니다.
그림 4-1 16 풍향 방위각 다이어그램
그림 4 -2 윈드 로즈 다이어그램
성능이 저하되고 팬의 서비스 수명이 단축됩니다.
따라서 풍력발전기는 이러한 강한 전단면적을 피하고 바람이 불어오는 경사면에 설치하거나 타워를 높게 설치해야 한다.
4. 기상 요인의 영향을 고려해야 합니다.
(1) 난기류. 소위 난기류는 풍향의 변화를 포함하여 공기 흐름 속도의 급격한 변화를 나타냅니다. 일반적으로 이 두 가지 요소가 함께 나타납니다. 난류는 풍력 터빈의 출력에 영향을 미치고 전체 장치를 진동시키며 풍력 터빈을 손상시킬 수 있습니다. 작은 난류는 대부분 지상 장애물의 영향으로 인해 발생하므로 풍력 터빈을 설치할 때 이러한 지역을 피해야 합니다.
(2) 바람이 매우 강하다. 해상에서의 풍속은 30m/s 이상에 달할 수 있으며, 내륙에서는 20m/s 이상이면 극강풍이라고 부르기도 합니다. 물론, 풍력발전기의 설치장소는 풍속이 빠른 곳을 선택해야 한다
그림 4-3 평평한 능선 꼭대기의 풍장 변화
다만, 매우 강한 바람이 불기 쉬운 지역에서 사용해야 합니다. 풍력 터빈은 장치에 충분한 강도를 요구합니다. 일단 극도로 강한 바람이 불면 풍력 터빈은 공격 대상이 됩니다.
(3) 결빙과 끈적한 눈. 산과 바다가 만나는 지점에 설치된 풍력발전기는 얼음과 눈이 쌓이기 쉽습니다. 블레이드가 얼면 무게 분포가 변경됩니다. 동시에 날개 모양의 변경으로 인해 격렬한 진동이 발생하고 심지어 손상될 수도 있습니다.
(4) 천둥. 풍력발전기는 장애물이 없는 평평한 곳에 높게 설치되기 때문에 낙뢰가 자주 발생하기 때문에 풍력발전기에는 낙뢰 보호 장치를 추가하는 것이 가장 좋습니다.
(5) 염수 분무 피해. 해안선에서 10~15km 이내의 지역에 풍력발전기를 설치할 때는 염수분무 피해를 방지하기 위한 조치를 취해야 합니다. 염수 분무는 칼날과 같은 금속 부품을 부식시키고 장치 내부의 절연체를 파괴할 수 있기 때문입니다.
(6) 먼지와 모래. 먼지와 모래가 많은 지역에서는 풍력 터빈 블레이드의 수명이 크게 단축됩니다. 보호 방법은 일반적으로 블레이드 앞쪽 가장자리의 손상을 방지하고 앞쪽 가장자리 표면을 처리하는 것입니다. 그러나 먼지와 모래는 때때로 기계 내부로 침입하여 베어링, 기어 메커니즘과 같은 기계 부품을 손상시킬 수 있습니다. 공장 지역에서는 공기 중에 떠다니는 유해 가스도 풍력 터빈의 금속 부분을 부식시킬 수 있으므로 주의해야 합니다.
2. 평탄한 지형에서의 부지 선정
풍향과 풍속의 관계를 동시에 표현할 수 있는 풍향도에 따르면, 장애물이 없는 경우 일반적으로 바람 방향의 역풍 방향으로 간주될 수 있습니다. 이 위치는 평평합니다. 평지에 풍력발전기를 설치할 때에는 다음 두 가지 조건을 고려해야 한다.
(1) 설치장소를 중심으로 반경 1km 이내의 원 안에 장애물이 없어야 한다.
(2) 장애물이 있는 경우 풍력발전기의 높이는 장애물의 가장 높은 지점 높이의 3배 이상이어야 합니다. 이 관계는 그림 4-4에 나와 있습니다. 이 조건은 매우 엄격하지만 소형 풍력 터빈의 경우 완화될 수 있습니다(예: 반경을 400m로 설정할 수 있음).
3. 능선이나 산꼭대기 지형에 따른 부지 선정
능선과 산꼭대기는 자연적인 탑 기능을 갖고 있으며, 풍동 효과로 인해 기류가 능선에 가까워질수록 기류는 대략 라인이 가속되고 그에 따라 에너지가 증가합니다. 그림 4-5a와 같습니다. 하지만 바람의 방향과 능선의 방향은 반대입니다